DE102013109755A1

DE102013109755A1 - Leitfähiger Klebstoff

Info

Publication number: DE102013109755A1
Application number: DE201310109755
Authority: DE
Inventors: Georg Maier; Robert Nusko; Oliver Zech; Adi Parzl
Original assignee: RENT A SCIENTIST GmbH
Current assignee: RENT A SCIENTIST GMBH, DE
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen leitfähigen Klebstoff aufweisend zumindest eine Art eines anisotropen leitfähigen Nanomaterials und zumindest eine Art eines photoinduziert polymerisierbaren Materials zur Verfügung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft leitfähige Klebstoffe.
Stand der Technik
Leitfähige anisotrope Nanomaterialien
Unter dem hier verwendeten Begriff leitfähige anisotrope Nanomaterialien werden leitfähige nanoskalige Strukturen verstanden, die mindestens eine Dimension < 500 nm, typischerweise weniger als 100 nm aufweisen, wobei zumindest eine andere Dimension mit der ersten nicht identisch ist, wobei sich eine Ausdehnungsrichtung im Nanometerbereich, während sich die Ausdehnung in die andere Raumrichtung im Mikrometerbereich befindet. Hierbei umfasst der Begriff Leitfähigkeit sowohl elektrische, als auch thermische Leitfähigkeit.
Die Nanostrukturen können unterschiedliche Formen und Geometrien aufweisen. Typische Beispiele sind leitfähige Nanodrähte oder leitfähige Nanoröhren mit einem Durchmesser < 500 nm, bevorzugt < 100 nm und einer Länge zwischen 1–500 µm, typischerweise zwischen 10–50 µm.
Die leitfähigen Nanostrukturen bestehen dabei aus Metallen, Metalloxiden, anorganischen und organischen Halbleitern bzw. aus Kohlenstoffstrukturen wie Graphen und Kohlenstoffnanoröhren (CNTs).
Beispielsweise sind CNTs über verschiedene Verfahren herstellbar, wie dem Lichtbogenprozess, dem Laserablationsverfahren und der katalytisch unterstützten Gasphasenabscheidung.
Bezüglich leitfähiger Anwendungen sind metallische Nanodrähte besonders vorteilhaft. Bevorzugte Metalle sind hierbei Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Aluminium, Palladium und Platin. Dies beinhaltet auch leitfähige mit Metall umhüllte Nanomaterialien, Metalllegierungen, mehrschichtige Strukturen und Röhren.
Aus dem Stand der Technik ist z. B. die Herstellung von Silbernanodrähten bekannt. Neben umfangreicher wissenschaftlicher Literatur (z.B. „Approaches to the Synthesis and Characterization of Spherical and Anisotropic Noble Metal Nanomaterials" von H.J. Parab et al. in „Metallic Nanomaterials" von Challa S.S.R. Kumar (ed.) im WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Weinheim erschienen) gibt es auch einige Patentanmeldungen, die die Synthese von Silbernanodrähten offenbaren.
So beschreibt die US 2009 0282948 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Silbernanodrähten mittels des seit langem bekannten Polyol Prozesses, bei dem Hydroxylgruppen beinhaltende Verbindungen, insbesondere Ethylenglykol, gleichzeitig als Lösungsmittel und als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Ein sehr ähnliches Verfahren wird in der WO 2009/128973 A2 offenbart.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Silbernanodrähten in wirtschaftlich interessanten Konzentrationen mit sehr hohen Ausbeuten beschreibt die DE 10 2010 017 706 B4 .
Elektrisch leitfähige Nanodrähte werden zur Herstellung leitfähiger, insbesondere leitfähiger transparenter Materialien und Schichten eingesetzt. Hierzu werden die leitfähigen Nanodrähte in Formulierungen eingearbeitet, die im Anschluss in Form einer Tinte flüssig auf ein Substrat prozessiert werden können. In WO 2011/097470 A2 sind photosensitive Tinten mit leitfähigen Nanostrukturen beschrieben, sowie eine Methode zu deren Verwendung. Durch das Auflegen einer Maske können so bestimmte Regionen beschichtet werden, während nicht ausgehärtete Regionen z.B. durch Wegwaschen entfernt werden können.
Klebstoffe und photoaktive Klebstoffe
Grundsätzlich wird zwischen organischen und anorganischen Klebstoffen bzw. Harzen unterschieden, wobei für die erfindungsgemäßen Ausführungsformen lediglich organische Klebstoffe relevant sind.
Die organischen Klebstoffe wiederum können in 1- und Mehr-Komponentenklebstoffe unterteilt werden.
Bei Mehrkomponentenklebstoffen werden mindestens 2 Komponenten in einem definierten Verhältnis zusammengegeben, die Inhaltsstoffe der Mischung reagieren miteinander und bilden das entsprechende Harz bzw. den Klebstoff.
Einkomponentensysteme hingegen können Lösungsmittel (auch Wasser) enthalten und härten durch Verdampfung des Lösungsmittels und/oder durch Polymerisation oder Quervernetzung aus. Dieser Prozess kann durch Temperaturerhöhung beschleunigt werden.
Ebenso sind thermisch aushärtende Klebstoffe und Schmelzkleber bekannt.
Bei einer weiteren wichtigen Klasse der 1-Komponentenklebstoffe findet eine photoinduzierte Aushärtung statt. Photoaktive Klebe- und Polymersysteme härten durch Bestrahlung mit Licht aus.
Der Begriff photoaktiver Inhaltsstoff bezieht sich auf einen Inhaltsstoff, der durch Bestrahlung mit Licht (im ultravioletten Bereich oder im sichtbaren Bereich) einer Photoreaktion ausgesetzt ist und im Laufe dieser unmittelbaren Reaktion hochreaktive Species erzeugt.
Die Bestrahlung mit Licht umfasst hierbei den ultravioletten (10–400 nm), den sichtbaren (400–750 nm) und den infraroten Wellenlängenbereich (780 nm–1mm).
Bei den hochreaktiven Spezies handelt es sich beispielweise um freie Radikale, sowie reaktive Kat- und Anionen, ohne die hochreaktive Species auf diese Beispiele zu beschränken.
Die hochreaktive Species wird als Photoinitiator bezeichnet. Typische photoaktive Klebe- und Polymersysteme beinhalten ein polymeres Bindersystem, einen Photoinitiator, ein quervernetzendes Polymersystem und ein Lösungsmittel.
Beim quervernetzenden Polymersystem handelt es sich um ein Polymer, das in Gegenwart eines durch Licht aktivierten Photoinitiators chemische Bindungen zwischen einer oder mehreren Polymerketten ausbildet.
Durch Art und Anteil des polymeren Bindersystems können rheologische Parameter (Viskosität, Benetzungseigenschaften, scherabhängige Parameter) gezielt eingestellt werden. Das polymere Bindersystem ist typischerweise mit polaren oder apolaren Lösungsmitteln mischbar oder kann auch in lösungsmittelfreier Form eingesetzt werden.
Das quervernetzende Polymer verändert typischerweise während des Quervernetzungsprozesses seine Eigenschaften. Beispielsweise können während des Quervernetzungsprozesses die Viskosität und die Klebeeigenschaften steigen, sowie die Löslichkeit in einem verwendeten Lösungsmittel sinken.
Die zum Einsatz kommenden polymeren Binder und Vernetzungsmaterialien können beispielsweise Polyuerthan, Polyisocyanate, Epoxide, Polyimide, Polysilikone, Polyacrylate und Polyacrylamide, sein, ohne auf diese beschränkt zu werden.
Der durch den Photoinitiator und das Licht ausgelöste Prozess wird als Photopolymerisation bezeichnet. Es können sowohl radikalische, als auch kationische Photoinitiatoren verwendet werden.
Exemplarisch werden vizinale Polyketaldonylverbindungen, Acycloinether, polynucleäre Chinonverbindungen, Kombinationen eines Triarylimidazoldimers und eines p-Aminophenylketon, Benzothioazolverbindungen, Acridin- u. Phenazinverbindungen, Oxadiazolverbindungen, Triarylsulfoniumsalze, Oniumsalze, 4,4-bis[di(b-hydroxyethoxy)phenylsulfinio]phenylsulfid bis(hexafluoroantimonat) und Benzylphenylcarboxylate genannt. In DE 10 2006 019 219 A1 werden weitere Photoinitiatoren wie Benzoinether, substituierte Acetophene, aromatische Sulfonylchloride und photoaktive Oxime aufgeführt.
Der Photoinitiator hat häufig einen Gewichtsanteil zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent in der ungehärteten Formulierung. Typische Formulierungen und Zubereitungen sind Stand der Technik. Ein Beispiel für photosensitive Epoxidharze und Kleber ist in EP 1714991 A1 offenbart.
Leitfähige Klebstoffe
Als leitfähiger Füllstoff in Klebstoffen werden in der Regel leitfähige Metalle wie Silber, Kupfer, Gold oder Aluminium verwendet, sowie Kohlenstoff, Ruß, Graphit oder CNTs und deren Mischungen.
Bei Metallen eignen sich Partikel in Form von Flakes oder Pulvern im Mikrometerbereich. Wie in DE 10 2008 039 828 A1 beschrieben eigenen sich 0,2–10 µm, insbesondere 0,3–3 µm große Partikel, insbesondere in gewalzter Form besonders mit großer Oberflächenrauigkeit.
Im Fall von Metall- und Edelmetall basierten Pasten ist ein sehr hoher Füllgrad notwendig, in der Regel > 60 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 70–85 Gewichtsprozent. Ein Aushärten erfolgt bevorzugt temperaturinduziert, oder durch Vermischen zweier Komponenten, verbunden mit einer bei gegebener Temperatur definierten Aushärtezeit.
Aufgrund des hohen Füllgrads ist eine photoinduzierte Aushärtung nicht möglich, weil keine ausreichende Transparenz im UV- oder sichtbaren Bereich gegeben ist.
Bedingt durch den notwendigen hohen Füllgrad handelt es sich bei den auf leitfähigen Metallen basierten Klebstoff- und Bindersystemen um hochviskose Formulierungen und Pasten.
Durch den hohen Füllgrad werden die ursprünglichen Eigenschaften der Matrix, wie Viskosität, mechanische Stabilität, Aushärtebedingungen, Elastizität und Andere signifikant beeinflusst und können nicht beibehalten werden.
Außerdem ist die Verwendung von Metallpasten bekannt, bei denen eine Versinterung durch Verdampfen eines hochsiedenden Lösungsmittels nach der Aufbringung erzielt wird. Diese stellt einen Spezialfall des oben genannten Binder- und Polymersystems dar, da das Bindesystem nach dem Aufbringprozess verdampft und das Metall in elementarer Form vorliegt, die Haftung wird durch den Sinterprozess erzielt.
So beschreibt DE 10 2008 039 828 A1 die Zusammensetzung von Metallpasten für den druckfreien Niedertemperaturprozess. Hierbei besteht die Metallpaste aus 1–20 Gewichtsprozent einer endotherm zersetzbaren Metallverbindung, 70–90 Gewichtsprozent Metallpulver und 9–20 Gewichtsprozent Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über 220 °C. Die endotherm zersetzbare Metallverbindung fungiert als internes Vernetzungsmittel zwischen den Metallpartikeln.
Im Vergleich mit Metallen und Edelmetallen wie Silber lassen sich mit den Füllstoffen Ruß, Graphit oder Kohlenstoffnanoröhren nur viel niedrigere Leitfähigkeiten erzielen. Die in vorliegender Erfindung beschriebenen Leitfähigkeiten sind mit diesen Füllstoffen bei vergleichbarer Auftragsdicke nicht möglich.
Beispielsweise sind in WO 2012/107548 A1 Klebstoffmaterialien, bevorzugt auf Basis von Kohlenstoffnanopartikeln genannt, die thermisch aktiviert oder ausgehärtet werden können. Als Beispiel ist zum Erreichen des thermischen Effekts eine Bestrahlung genannt.
Außerdem kann der thermische Effekt laut WO 2012/107548 A1 durch elektrischen Strom, Einwirkung von UV- oder Infrarotstrahlung erzielt werden. Des Weiteren sind Mischungen der einzelnen Komponenten möglich.
Eine Reduktion des herkömmlichen Leitfähigkeitsadditives wie Graphit und Carbon Black um 75% bzw. 50% durch Zusatz von 0,3–0,6% Kohlenstoffnanoröhren ist in DE 10 2010 013 210 A1 offenbart.
Ein Aushärten dieser und ähnlicher Formulierungen unter Einwirkung von Licht (im ultravioletten und / oder im sichtbaren Bereich) bei Raumtemperatur ist nicht beschrieben. Dies liegt an der nicht im ausreichenden Maße vorhandenen Transparenz (im ultravioletten und / oder im sichtbaren Bereich) der Formulierungen, bedingt durch den hohen Füllgrad an leitfähigem Additiv.
Bei thermisch aushärtenden Klebstoffen ist ein Nachteil, dass bestimmte Bauteile oder Materialien erhöhten Temperaturen und somit erhöhter thermischer Belastung ausgesetzt sind. Sensible thermolabile Bauteile können mit thermisch aushärtenden Klebe- und Polymersystemen nicht verklebt werden.
2-Komponentensysteme haben sowohl erhöhten Lageraufwand, vor dem Applizieren ist ein Vermischen zweier Komponenten notwendig, die Verarbeitungszeit nach dem Vermischen ist beschränkt. Dadurch wird diese Möglichkeit extrem ineffektiv.
Bei raumtemperaturaushärtenden Varianten ist die Topfzeit beschränkt, der Aushärteprozess dauert relativ lange.
Vor allem aber bei einer leitfähigen Verklebung oder Kontaktierung, beispielsweise von Bauteilen, sind in der Regel große Durchsatzmengen vorteilhaft und die gängigen Aushärtemethoden limitieren häufig den Herstellungsprozess.
Es besteht daher weiterhin ein Bedarf an leitfähigen Klebstoffen, die einfach, sicher, problemlos und mit konstanter Qualität ausgehärtet werden können.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen leitfähigen Klebstoff zur Verfügung zu stellen, der einfach, sicher, problemlos und mit konstanter Qualität ausgehärtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den leitfähigen Klebstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und den Figuren.
Die vorliegende Erfindung stellt einen leitfähigen Klebstoff aufweisend zumindest eine Art eines anisotropen leitfähigen Nanomaterials und zumindest eine Art eines photoinduziert polymerisierbaren Materials zur Verfügung.
Der erfindungsgemäße leitfähige Klebstoff überwindet die genannten Nachteile des Standes der Technik, indem leitfähige Klebe- und Polymersysteme geschaffen werden, die photoinduziert, bevorzugt im gesamten Spektralbereich, besonders bevorzugt im sichtbaren und im UV-Spektralbereich ausgehärtet werden können.
Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung vorteilhafte Materialien zu beschreiben, die zur leitfähigen Funktionalisierung photoaktiver Klebe- und Polymersysteme geeignet sind.
Unter dem Begriff Klebe- und Polymersysteme, wie er hier verwendet wird, werden Formulierungen verstanden, die Additive in monomerer, oligomomerer und / oder polymerer Form bzw. Mischungen davon enthalten. Die Additive können je nach Ausführungsform in polaren Lösungsmitteln, in apolaren Lösungsmitteln oder in reiner Form verwendet werden. Zusätzlich sind in zahlreichen bevorzugten Ausführungsformen der Klebe- und Polymersysteme Dispergierhilfgsmittel, Netzmittel, Photoinitiatoren, Korrosionsinhibitoren Monomere, Oligomere und Polymere enthalten.
Um eine photoinduzierte Aushärtung zu ermöglichen, ist die Aufgabe der Erfindung leitfähige Klebe- und Polymersysteme zur Verfügung zu stellen, die einen niedrigen Füllgrad an leitfähigen Strukturen aufweisen, so dass aufgrund der Transparenz eine photoinduzierte Aushärtung ermöglicht wird.
Ferner ist die Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der Erfindung die ursprünglichen positiven Eigenschaften der Klebematrix beizubehalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden leitfähige Klebe- und Polymersysteme geschaffen, deren rheologische Eigenschaften vor dem Aushärteprozess gezielt eingestellt werden können. Insbesondere ermöglichen zahlreiche Ausführungen der Erfindung die Herstellung hoch- und niedrigviskoser Klebe- und Polymersysteme, die photoinduziert aushärten und nach der Aushärtung eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Besondere Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine photoinduzierte Aushärtung bei Raumtemperatur.
Generell sind für die Überwindung des Standes der Technik alle anisotropen intrinsisch leitfähigen Nanomaterialien geeignet. Unter dem hier verwendeten Begriff leitfähige anisotrope Nanomaterialien werden leitfähige nanoskalige Strukturen verstanden, die mindestens eine Dimension < 500 nm, typischerweise weniger als 100 nm aufweisen, wobei zumindest andere Dimension mit der Ersten nicht identisch ist, wobei sich eine Ausdehnungsrichtung im Nanometerbereich, während sich die Ausdehnung in die andere Raumrichtung im Mikrometerbereich befindet.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden metallische anisotrope Nanomaterialien verwendet. Besonders bevorzugt sind die Metalle Kupfer, Nickel, Cobalt, Silber, Gold, Aluminium, Palladium und Platin und Legierungen daraus.
Besonders bevorzugt sind intrinsisch leitfähige metallische Nanodrähte. In dieser Schrift werden mit dem Begriff „Nanodraht“ alle Strukturen bezeichnet, die in zumindest zwei Raumrichtungen ähnliche Ausdehnungen im Bereich von 1 nm bis 1000 nm aufweisen und in der dritten Raumrichtung eine Ausdehnung von zumindest dem 5-fachen der beiden anderen Ausdehnungen besitzen.
Es wurde gefunden, dass die Morphologie der Nanodrähte eine entscheidende Bedingung für die Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Transparenz (im sichtbaren und im ultravioletten Spektralbereich) ist. Das Aspektverhältnis, definiert als Quotient von Länge zu Dicke, beeinflusst bei einem gegebenen Gewichtsanteil der Nanodrähte die Leitfähigkeit entscheidend. Durch die Morphologie ist ein Erreichen eines perkolierenden Nanodrahtnetzwerks nach dem Aushärteprozess ausreichend, um elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Ein perkolierendes Netzwerk aus Silbernanodrähten einer dünn aufgetragenen Formulierung gemäß Anspruch 1 ist in 1 illustriert.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden metallische Nanodrähte, mehrschichtige Systeme oder Nanoröhren aus Kupfer, Silber, Cobalt, Nickel oder Gold verwendet. Bevorzugt sind Nanodrähte mit einem Durchmesser < 500 nm und einer Länge > 5 µm, besonders bevorzugt sind Drähte mit einem Durchmesser < 100 nm und einer Länge > 5 µm, am meisten bevorzugt sind Silbernanodrähte mit einem Durchmesser zwischen 20–80 nm und einer Länge zwischen 1–50 µm. Besonders bevorzugt werden Nanodrähte verwendet, die gemäß dem in DE 10 2010 017 706 B4 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. Ganz besonders bevorzugt sind Silbernanodrähte. In 2 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Silbernanodrähten, die gemäß dem in DE 10 2010 017 706 B4 beschriebenen Herstellungsverfahren synthetisiert wurden dargestellt.
Bei Verwendung von metallischen Flakes ist ein zu hoher Füllgrad notwendig, so dass eine Transparenz (im sichtbaren und im ultravioletten Spektralbereich) nicht erreicht wird. Die Bereitstellung eines photoinduziert aushärtenden Klebe- und Polymersystems wird erfindungsgemäß durch die Reduktion des Füllgrads an Metall bis zum Erreichen einer für eine photoinduzierte Aushärtung ausreichender Transparenz ermöglicht. Der niedrige Füllgrad wird erfindungsgemäß durch den Zusatz metallischer Nanodrähte gelöst. Durch die Verwendung von Nanodrähten ist im Vergleich zu Mikropartikeln oder Flakes ein wesentlich geringerer Gewichtsanteil an Metall notwendig. Dies liegt an der deutlich niedrigeren Perkolationsschwelle, in 1 ist ein perkolierendes Netzwerk aus Silbernanodrähten illustriert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bereits ein Anteil von < 40 Gewichtsprozent an metallischen Nanodrähten in der Formulierung ausreichend, um nach dem Aushärten eine elektrisch leitfähige Klebe- und Polymerschicht auszubilden. In bevorzugten Ausführungsformen werden Silbernanodrähte verwendet. Besonders bevorzugt sind Polymer- und Klebstoffformulierungen mit einem Gewichtsanteil an Silbernanodrähten im Bereich von 0,5–25 Gewichtsprozent in der Formulierung, besonders bevorzugt sind Polymer- und Klebstoffformulierungen mit einem Gewichtsanteil an Silbernanodrähten im Bereich von 2–15 Gewichtsprozent in der Formulierung.
Eine Folge der geringen Beimengungen von leitfähigen Komponenten, wie metallische Nanodrähte, ist eine damit einhergehende optische Transparenz gegebenenfalls sogar im gesamten Wellenlängenbereich. Der Begriff gesamter Wellenlängenbereich, wie er hier verwendet wird, umfasst hierbei den ultravioletten (10 nm–400 nm), den sichtbaren (400 nm–750 nm) und den infraroten Wellenlängenbereich (780 nm–1 mm).
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden Silbernanodrähte als Additiv zur leitfähigen Funktionalisierung verwendet. Besonders bevorzugt sind Silbernanodrähte mit einem Aspektverhältnis zwischen 20–2000.
Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Klebematrix beinhalten ein polymeres Bindersystem, einen Photoinitiator, ein quervernetzendes Polymersystem, ein Lösungsmittel und anisotrope elektrisch leitfähige Nanomaterialien. In einigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind das polymere Bindersystem und das quervernetzende Polymersystem identisch.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kommen polymere Binder und Vernetzungsmaterialien wie beispielsweise Polyurethan, Polyisocyanate, Epoxide, Polyimide, Polysilikone, Polyacrylate, Polythiophene und Polythiophenderivate, Melaminharze und Polyacrylamide zum Einsatz, ohne auf diese beschränkt zu werden. Spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen nicht ausgehärteten Formulierung sind lösungsmittefrei, bevorzugt Systeme mit Polyurethanen, Epoxidharzen, Polysilikonen und Polyacrylaten.
Weitere Ausführungsformen sind lösemittelbasierte oder wässrige Systeme mit einem polymeren Binder. In bestimmten Ausführungsformen basiert der polymere Binder auf cellulosebasierten Polymeren, kationischen und anionischen Polyelektrolyten, Polyvinylpyrrolidon, Polyanilin, Polythiophen und deren Derivate wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen, Polyethylenoxiden und Polyvinylalkoholen.
In zahlreichen bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Gewichtsanteil des polymeren Binders zwischen 0,1–90 Gewichtsprozent.
In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Photoinitiator zugesetzt, hierbei kann es sich um radikalische und kationische Photoinitiatoren handeln. Besonders bevorzugt sind Photoinitiatoren, die unter Einstrahlung von ultraviolettem Licht hochreaktive Species bilden. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Gewichtsanteil des Photoinitiators in der nicht ausgehärteten Formulierung < 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt < 0,1 Gewichtsprozent. In speziellen Ausführungsformen werden Triarylsulfoniumsalze, azobasierende Photoninitiatoren, Diazoniumsalze, Oniumsalze, 4,4-bis[di(b-hydroxyethoxy)phenylsulfinio]phenylsulfid bis(hexafluoroantimonat) und Benzylphenylcarboxylate verwendet.
In zahlreichen Ausführungsformen ist der photoaktiven leitfähigen Polymer- und Klebeverbindung in unausgehärteter Form ein Lösungsmittel zugesetzt. In einigen bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich um ein polares Lösungsmittel, besonders bevorzugt sind Wasser, kurzkettige (Kettenlänge <7) aliphatische und cycloaliphatische Alkohole, kurzkettige (Kettenlänge <7) aliphatische und cycloaliphatische Dialkohole, aliphatische Polyalkohole. Typische Beispiele bevorzugter Ausführungsformen enthalten Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Ethylenglycol, Glycerol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Aceton, Ethyl-3-Ethoxypropionat, Buthylacetat, Ethylacetat und deren Gemische, besonders bevorzugt handelt es sich um Wasser, Ethylenglycol oder Propanol. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Gewichtsanteil des polaren Lösungsmittel in der ungehärteten Formulierung < 70 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt < 50 Gewichtsprozent, außergewöhnlich bevorzugt < 30 Gewichtsprozent.
In speziellen Ausführungsformen ist der photoaktiven leitfähigen Polymer- und Klebeverbindung in unausgehärteter Form ein apolares Lösungsmittel zugesetzt. Typischerweise hat das apolare Lösungsmittel einen Siedepunkt < 200°C, bevorzugt < 150°C, besonders bevorzugt < 100°C. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen werden längerkettige (Kettenlänge > 6) aliphatische und cycloaliphatische Alkohole, längerkettige (Kettenlänge > 6) aliphatische und cycloaliphatische Dialkohole, aromatische Alkohole, aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Ester, Thioester und Acetale, aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Ketone verwendet.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die photoaktive leitfähige Polymer- und Klebeverbindung in unausgehärteter Form lösungsmittelfrei.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der photoaktiven leitfähigen Polymer- und Klebeverbindung eine quervernetzende Verbindung zugesetzt. In diesen Ausführungsformen reagiert die hochreaktive Species aus der Reaktion der Bestrahlung des Photoinitiators mit Licht mit der quervernetzenden Verbindung; eine Aushärtung erfolgt. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden als Vernetzungsmaterialien Polyurethan, Polyisocyanate, Epoxide, Polyimide, Polysilikone und Polyacrylamide verwendet, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Die erfindungsgemäßen durch Bestrahlung härtenden leitfähigen Formulierungen können in Form dünner Filme oder in Form von Pasten und Klebstoffen eingesetzt werden. Der Begriff Bestrahlung, wie er hier verwendet wird, umfasst eine Bestrahlung im ultravioletten (10–400 nm) und / oder im sichtbaren (400–750 nm) Wellenlängenbereich. Höher viskose, pastöse Zubereitungen werden als Pasten oder Klebstoffe bezeichnet. Trocken aufzubringende Zubereitungen, die typischerweise Binder, Füllstoffe, Additive enthalten, werden hier als Pulver bezeichnet.
Im Fall dünner Filme kann ein Substrat mit einem Nassfilm der erfindungsgemäßen Formulierung beschichtet oder bedruckt werden. Nach der photoinduzierten Aushärtung verbleibt eine transparente und leitfähige Schicht auf dem Substrat. Zur Erzeugung optisch transparenter Schichten können alle Arten von Polymeren eingesetzt werden, die transparente Filme ergeben. Beispiele hierfür sind Polystyrol, Polycarbonat, Acrylate, Epoxidharze, Alkylpolymere, kationische und anionische Polyelektrolyten, Polyvinylpyrrolidon, Polyanilin, Polythiophen und deren Derivate und Cellulose basierte Polymere. Zur Verbesserung der Eigenschaften können die Polymere noch weitere Additive wie z.B. Partikel, UV-Stabilisatoren oder Korrosionsinhibitoren enthalten. Die erfindungsgemäßen photoinduziert aushärtenden leitfähigen Pasten und Polymersysteme können prinzipiell auf alle Arten von Substraten aufgebracht werden. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden Glas oder Folie als Substrat verwendet.
Für zahlreiche Anwendungen ist die Aufbringung auf flächige Substrate von besonderem Interesse. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird eine strukturierte Aufbringung der leitfähigen Pasten und Polymersysteme appliziert. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Pasten und Polymersysteme zum Verkleben und Kontaktieren von Bauteilen, insbesondre Elektronikbauteilen, verwendet. Die Aushärtung der Kontaktierung kann nach der Aufbringung gezielt durch Bestrahlung erfolgen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die photoinduzierte Aushärtung bei Temperaturen < 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur. Dadurch wird auch die Kontaktierung thermolabiler Bauteile zugänglich.
In zahlreichen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen leitfähigen Polymer- und Klebeverbindungen in Form von Klebstoffen und Tieftemperaturpasten eingesetzt. Durch Bestrahlung erfolgt die Aushärtung der leitfähigen Klebstoffe und Tieftemperaturpasten. Eine Verwendung finden die leitfähigen Klebstoffe und Tieftemperaturpasten beispielsweise zum Kontaktieren oder für Heizanwendungen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet das Matrixmaterial Epoxypolymere, Polyurethane, Polyimide oder Phenoxypolymere.
In zahlreichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen leitfähigen Klebe- und Polymersysteme werden Formulierungen für elektrisch leitfähige, photosensitive Monomerlösungen zur Verfügung gestellt. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden diese Formulierungen in 3D-Druckverfahren verwendet. Die Aushärtung erfolgt durch Bestrahlung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die photoinduzierte Aushärtung bei Temperaturen < 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur.
In einigen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Klebe- und Polymersysteme in Dickfilmpasten eingesetzt. Durch den Einsatz in Dickfilmpasten wird der Silberanteil deutlich reduziert, in bevorzugten Anwendungen ist eine Reduktion des Silberanteils im Vergleich zu Silberflakes oder sphärischen Partikeln um mindestens 5 Gewichtsprozent möglich, besonders bevorzugt > 30 Gewichtsprozent, ganz besonders bevorzugt >50 Gewichtsprozent. Eine Aushärtung erfolgt durch Erhitzen und gleichzeitiges Bestrahlen mit UV-Licht. Durch den im Vergleich zu Mikrosilber deutlich reduzierten Schmelzpunkt sind allerdings die Sintertemperaturen reduziert, in bevorzugten Ausführungsformen wird eine Temperaturreduktion um > 50 °C erzielt, besonders bevorzugt um > 200 °C. In zahlreichen Ausführungsformen wird ein Lösungsmittel verwendet, besonders bevorzugt ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 50°C. In einigen bevorzugten Anwendungen werden die erfindungsgemäßen leitfähigen Klebe- und Polymersysteme zum kontrollierten Aufbringen geometrischer Formen und Strukturen, besonders bevorzugt für Leiterbahnen und Leiterstrukturen verwendet.
In zahlreichen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Klebe- und Polymersysteme in elastischen Polymeren eingesetzt. In bevorzugten Ausführungsformen wird das elastische Polymer mit den erfindungsgemäßen Klebe- und Polymersystemen beschichtet, eine Aushärtung der Beschichtung durch Bestrahlung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen < 200°C, bevorzugt < 150 °C besonders bevorzugt < 50°C. In einigen bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem elastischen Polymer um Silikone, Kautschuk, Moosgummi, Polyurethan oder Gummi.
In zahlreichen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen leitfähigen Klebe- und Polymersysteme zur Verarbeitung als Siebdruckpasten, Tiefdruckpasten und Tinten verwendet. eine Aushärtung der Beschichtung durch Bestrahlung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen < 200°C, bevorzugt < 150 °C besonders bevorzugt < 50°C.
In einigen Ausführungsformen werden Trägermaterialien mit den erfindungsgemäßen Klebe- und Polymersystemen beschichtet, eine Aushärtung der Beschichtung mit Licht (im sichtbaren bzw. im UV-Bereich) erfolgt bevorzugt bei Temperaturen < 200°C, bevorzugt < 140 °C besonders bevorzugt < 50°C. In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Träger um ein textiles Material, dies kann natürlicher oder synthetischer Struktur sein. In einigen bevorzugten Ausführungsformen erfolgt eine Beschichtung eines Garns oder Fadens in Form von Spinnölen. In anderen bevorzugten Ausführungsformen werden als textile Materialien Garne, Fäden, Gewebe, Gestrick, Gewirke, Gelege, Vliese, Filze oder nonwoven Materialien, ein gewebtes textiles Material oder ein gesponnenes textiles Material verwendet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Zur Illustration der Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer Vorzüge werden nachfolgend Ausführungsbeispiele angegeben. Es versteht sich von selbst, dass die auf die Ausführungsbeispiele bezogenen Angaben die Erfindung nicht beschränken sollen.
Beispiel 1: UV-härtende Acrylatklebstoffe zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugtaion aufkonzentriert und 3 mal mit dest. Wasser gewaschen, bis ein Konzentrat mit 20 Gewichtsprozent Silbernanodrähten entstand. Die Nanodrähte wiesen eine Länge zwischen 20–50 µm und einen Durchmesser zwischen 40–80 nm auf. 100 g einer Dispersion mit 20 Gewichtsprozent Silbernanodrähten mit einem Durchmesser zwischen 40–80 nm und einer Länge zwischen 20–50 µm wurden mit 100 g eines 1-Komponenten, UV-härtenden Acrylatklebstoffes gemischt (Polytec UV 2101 bzw. Polytec UV 2108). Die leitfähige Klebstoffformulierung wurde mittels Rühren homogenisiert. Die Viskosität betrug zwischen 100–1000 mPa s. Anschließend wurde die Klebstoffformulierung zur Kontaktierung eines Kupferdrahtes mit einem Substrat verwendet. Hierzu wurde ein Tropfen der Klebstoffformulierung auf den Draht und die Kontaktstelle aufgebracht und mit Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 320–420 nm für 60 s bestrahlt. Es entstand eine leitfähige Kontaktierung, die bis zu 85 % gedehnt werden konnte und Vibrations- und Schockresistenz aufwies.
Beispiel 2: UV-härtende elektrisch leitfähige 3-D Drucktinten
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugation aufkonzentriert und mit dest. Wassert gewaschen. Anschließend wurden die Drähte in 2-Propanol dispergiert und erneut zentrifugiert. Dieser Vorgang wurde noch 2 Mal wiederholt, so dass schließlich ein Konzentrat mit 20 Gewichtsprozent Silbernanodrähten in 2-Propanol vorlag, nachfolgend als Konzentrat bezeichnet. Dieses Konzentrat wurde zu einer kommerziell erhältlichen 3-D-Drucktinte der Firma Stratasys (Fullcure720, RGD720) gemischt, bis eine Konzentration an Silbernanodrähten zwischen 3–10 Gewichtsprozent erreicht wurde. Anschließend wurden unterschiedliche 3-Dimensionale Formen gegossen und mit Hilfe von UV-Licht gehärtet. Es entstanden leitfähige, 3-dimensionale Strukturen.
Beispiel 3: UV-härtende leitfähige Siebdruckpasten
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugation aufkonzentriert und mit dest. Wasser gewaschen. Anschließend wurden die Drähte in Ethanol dispergiert und erneut zentrifugiert. Ein Konzentrat von 20 Gewichtsprozent wurde zu einer kommerziell erhältlichen Siebdruckpaste gemischt (Marabu, Ultraform UVFM) bis ein Anteil an Silbernanodrähten zwischen 0,5–10 Gewichtsprozent erhalten wurde. Die entstehende Paste wurde homogenisiert. Im Anschluss wurden flexible Leiterplatten mittels Siebdruck bei einer Maschenweite von 100 µm auf Polycarbonat, PET und Glas aufgedruckt und mit zwei Mitteldruck-Quecksilberstrahlern (Leistung 80–120 W/cm) bei einer Temperatur von 60 °C und einer Bandgeschwindigkeit von 15–25 m/min ausgehärtet. Die entstandenen gedruckten Leiterplatten wiesen eine hohe Außenbeständigkeit, Elastizität und Flexibilität auf.
Beispiel 4: leitfähige UV-härtende PU-Beschichtung von textilen Fasern und Geweben
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugation aufkonzentriert und 3 mal mit dest. Wasser gewaschen, bis ein Konzentrat mit 20 Gewichtsprozent Silbernanodrähten entstand. Die Nanodrähte wiesen eine Länge zwischen 20–50 µm und einen Durchmesser zwischen 40–80 nm auf. Das Konzentrat wurde mit BAYHYDROL UV 2317 vermischt, bis eine Formulierung, die zwischen 0,5–10 Gewichtsprozent an Silbernanodrähten enthielt. Die entstandene Formulierung wurde zum Beschichten textiler Fasern und Gewebe verwendet. Eine Aushärtung erfolgte mit Hilfe von UV-Licht. Nach dem Aushärten entstanden elektrisch leitfähige Fasern und Gewebe, die eine exzellente Außenbeständigkeit, Waschbeständigkeit und Flexibilität aufwiesen.
Beispiel 5: leitfähiges UV-härtendes Epoxidharz
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugation aufkonzentriert und mit dest. Wasser gewaschen. Anschließend wurden die Drähte in Ethanol dispergiert und erneut zentrifugiert. Ein Konzentrat von 20 Gewichtsprozent wurde zu einem kommerziell erhältlichen Epoxidharz gemischt (UV CURE 7455^TM, EPOXIES), bis eine Konzentration zwischen 0,5–10 Gewichtsprozent Silbernanodrähte erhalten wurde. Mit Hilfe der neuartigen leitfähigen Klebstoffformulierung wurden zwei elektronisch Bauteile leitfähig miteinander verklebt. Hierzu wurde zunächst das eine Bauteil an den gewünschten Haftflächen mit der Formulierung bestrichen und anschließend das zweite transparente Bauteil angedrückt. Es wurde mit einer Wellenlänge von 365 nm bestrahlt, bei einer Temperatur von 60 °C, nach 3 Minuten war die Verbindung vollständig ausgehärtet. Eine dauerhafte leitfähige Verklebung konnte erzielt werden.
Beispiel 6: Transparente leitfähige und dehnbare Silikone
Silbernanodrähte wurden gemäß eines Polyolprozesses, wie er in DE 10 2010017 706 B4 beschrieben ist hergestellt. Die Nanodrähte wurden mittels Zentrifugation aufkonzentriert und mit dest. Wasser gewaschen. Anschließend wurden die Drähte in Ethanol dispergiert und erneut zentrifugiert. Ein Konzentrat von 20 Gewichtsprozent wurde zu einem kommerziell erhältlichen UV-härtendem Silikon (TEGO RC711 mit 2 Gewichtsprozent TEGO Photoinitiator A 18) gemischt und homogenisiert. Es wurden Formen des Silikons gegossen und mit einer Quecksilberlampe (Leistung 80–120 W/cm) bei einer Temperatur von 60 °C innerhalb von 5 min ausgehärtet. Die ausgehärtete Silikonmasse wies eine exzellente Leitfähigkeit und Dehnbarkeit auf, ohne nach dem Relaxieren in den Ausgangszustand an Leitfähigkeit zu verlieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20090282948 A1 [0008]
WO 2009/128973 A2 [0008]
DE 102010017706 B4 [0009, 0058, 0058, 0081, 0082, 0083, 0084, 0085, 0086]
WO 2011/097470 A2 [0010]
DE 102006019219 A1 [0026]
EP 1714991 A1 [0027]
DE 102008039828 A1 [0029, 0035]
WO 2012/107548 A1 [0037, 0038]
DE 102010013210 A1 [0039]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Approaches to the Synthesis and Characterization of Spherical and Anisotropic Noble Metal Nanomaterials“ von H.J. Parab et al. in „Metallic Nanomaterials“ von Challa S.S.R. Kumar (ed.) im WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Weinheim [0007]

Claims

Leitfähiger Klebstoff aufweisend zumindest eine Art eines anisotropen leitfähigen Nanomaterials und zumindest eine Art eines photoinduziert polymerisierbaren Materials.
Leitfähiger Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem anisotropen leitfähigen Nanomaterial um Nanodrähte, mehrschichtige Nanostrukturen oder Nanoröhren handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope leitfähige Nanomaterial einen Durchmesser < 500 nm und eine Länge > 5 µm, bevorzugt einen Durchmesser < 100 nm und eine Länge > 5 µm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 20 nm bis 80 nm und eine Länge von 1 µm bis 50 µm aufweisen.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanomaterial aus Metallen, bevorzugt aus Kupfer, Silber, Cobalt, Nickel oder Gold, aus Metalloxiden, aus anorganischen Halbleitern, aus organischen Halbleitern oder aus Kohlenstoffstrukturen, bevorzugt Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) gebildet ist.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Nanomaterial Silbernanodrähte mit einem Aspektverhältnis zwischen 20 und 2000 verwendet werden.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanomaterial in einem Anteil von < 40 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Mischung in dem Klebstoff enthalten ist, bevorzugt in einem Anteil im Bereich von 0,5 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere bevorzugt in einem Anteil im Bereich von 2 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem photoinduziert polymerisierbaren Material um Polyurethane, Polyisocyanate, Epoxide, Polyimide, Polysilikone, Polyacrylate, Polyacrylamide, Polythiophene, Polythiophenderivate, Melaminharze oder deren Gemische handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem photoinduziert polymerisierbaren Material um ein oder mehrere quervernetzende Polymere, bevorzugt um Polyurethane, Polyisocyanate, Epoxide, Polyimide, Polysilikone und Polyacrylamide handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem photoinduziert polymerisierbaren Material um cellulosebasierte Polymere, kationische Polyelektrolyte, anionische Polyelektrolyte, Polyvinylpyrrolidon, Polyaniline, Polyethylenoxide, Polyvinylalkohole, Polythiophene, Polythiophen-Derivate, insbesondere Poly-3,4-ethylendioxythiophen handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das photoinduziert polymerisierbare Material in einem Anteil von 0,1 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Mischung in dem Klebstoff enthalten ist.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein oder mehrere Additive ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dispergierhilfsmittel, Netzmittel, Photoinitiatoren, UV-Stabilisatoren, Korrosionsinhibitoren, Monomere, Oligomere und Polymere anwesend sind.
Leitfähiger Klebstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Photoinitiator um einen radikalischen oder einen kationischen Photoinitiator handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoinitiator in einem Anteil < 5 Gewichtsprozent, bevorzugt in einem Anteil von 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Mischung in dem Klebstoff enthalten ist.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Photoinitiator um Triarylsulfoniumsalze, azobasierte Photoinitiatoren, Diazoniumsalze, Oniumsalze, 4,4-bis[di(b-hydroxyethoxy)phenylsulfinio]phenylsulfidbis(hexafluoroantimonat), Benzylphenylcarboxylate, vizinale Polyketaldonylverbindungen, Acycloinether, polynucleäre Chinonverbindungen, Kombinationen eines Triarylimidazoldimers und eines p-Aminophenylketon, Benzothioazolverbindungen, Acridinverbindungen, Phenazinverbindungen, Oxadiazolverbindungen, Benzoinether, substituierte Acetophene, aromatische Sulfonylchloride und photoaktive Oxime handelt.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Lösungsmittel in dem Klebstoff enthalten ist.
Leitfähiger Klebstoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein polares Lösungsmittel handelt, bevorzugt um Wasser, aliphatische oder cycloaliphatische Alkohole mit einer Kohlenstoffkettenlänge von weniger als sieben Atomen, aliphatische oder cycloaliphatische Dialkohole mit einer Kohlenstoffkettenlänge von weniger als sieben Atomen oder aliphatische Polyalkohole.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Ethylenglycol, Glycerol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Aceton, Ethyl-3-Ethoxypropionat, Buthylacetat, Ethylacetat oder deren Gemische verwendet wird, bevorzugt Wasser, Ethylenglycol oder Propanol.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel in einem Anteil < 70 Gewichtsprozent, bevorzugt in einem Anteil < 50 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt < 30 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Mischung in dem Klebstoff enthalten ist.
Leitfähiger Klebstoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein apolares Lösungsmittel handelt, bevorzugt um aliphatische oder cycloaliphatische Alkohole mit einer Kohlenstoffkettenlänge von mehr als sechs Atomen, aliphatische oder cycloaliphatische Dialkohole mit einer Kohlenstoffkettenlänge von mehr als sechs Atomen, aromatische Alkohole, aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Ester, Thioester, Acetale, aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Ketone.
Leitfähiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel einen Siedepunkt < 200°C, bevorzugt < 150°C, besonders bevorzugt < 100°C aufweist.
Verfahren zur Aushärtung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen, wobei Wellenlängen im Bereich zwischen 10 nm und 750 nm verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung transparenter, leitfähiger Beschichtungen oder Bedruckungen umfassend die Schritte – Bereitstellen eines Trägersubstrats, – Aufbringen eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 durch Beschichten oder Bedrucken, – Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen, wobei Wellenlängen im Bereich zwischen 10 nm und 750 nm verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei als in dem leitfähigen Klebstoff enthaltenes photoinduziert polymerisierbares Material Polystyrole, Polycarbonate, Acrylate, Epoxidharze, Alkylpolymere, kationische Polyelektrolyte, anionische Polyelektrolyte, Polyvinylpyrrolidon, Polyanilin, Polythiophen, Polythiophen-Derivate, Cellulose-basierte Polymere oder deren Gemische verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei der leitfähige Klebstoff zusätzlich Additive enthält, insbesondere UV-Stabilisatoren oder Korrosionsinhibitoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei als Trägersubstrat Glas oder eine Polymerfolie verwendet wird.
Verfahren zur Kontaktierung elektronischer Bauteile, umfassend die Schritte – Bereitstellen einer Anordnung elektronischer Bauteile, – Aufbringen eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20, – Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen, wobei Wellenlängen im Bereich zwischen 10 m und 750 nm verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen bei einer Temperatur < 150°C, insbesondere bei Raumtemperatur erfolgt.
Verfahren zur Herstellung leitfähiger Beschichtungen umfassend die Schritte – Bereitstellen eines aus einem elastischen Polymer bestehenden Trägersubstrats, – Aufbringen eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20, – Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen, wobei Wellenlängen im Bereich zwischen 10 nm und 750 nm verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei als elastisches Polymer Silikone, Kautschuk, Moosgummi, Polyurethan, Gummi oder deren Gemische verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 oder 29, wobei das Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen bei einer Temperatur < 200°C, bevorzugt < 140°C, besonders bevorzugt < 50°C erfolgt.
Verfahren zur Herstellung leitfähiger Beschichtungen umfassend die Schritte – Bereitstellen eines Trägersubstrats in Form eines textilen Materials, – Aufbringen eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20, – Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen, wobei die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen von 10 nm bis 750 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei als textiles Material Garne, Fäden, Gewebe, Gestrick, Gewirke, Gelege, Vliese, Filze oder nonwoven Materialien verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, wobei das Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen bei einer Temperatur < 200°C, bevorzugt < 140°C, besonders bevorzugt < 50°C erfolgt.
Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 in Form dünner Filme, Pasten oder Pulver.
Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 in 3D-Druckverfahren, wobei als photoinduziert polymerisierbares Material eine Monomerenlösung verwendet wird und die Aushärtung des leitfähigen Klebstoffs durch Bestrahlen mit elektromagnetischen Wellen erfolgt, wobei Wellenlängen im Bereich zwischen 10 nm und 750 nm verwendet werden..
Verwendung nach Anspruch 35, wobei das Bestrahlen des leitfähigen Klebstoffs mit elektromagnetischen Wellen bei einer Temperatur < 50°C, bevorzugt bei Raumtemperatur erfolgt.
Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 in Form einer Dickfilmpaste, wobei das in dem leitfähigen Klebstoff enthaltene Nanomaterial aus Silber besteht und die Aushärtung des Klebstoffs durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen einer Wellenlänge von 10 nm bis 400 nm bei erhöhter Temperatur erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 37, wobei der leitfähige Klebstoff ein Lösungsmittel umfasst, insbesondere ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 50°C.
Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 als Siebdruckpaste, Tiefdruckpaste, Tampondruckpaste, Flexodruckpaste.
Verwendung nach Anspruch 39, wobei das Aushärten des leitfähigen Klebstoffs durch Bestrahlen mit elektromagnetischen Wellen bei einer Temperatur < 200°C, bevorzugt < 140°C, besonders bevorzugt < 50°C erfolgt.
Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 20 als Leiterbahn oder Leiterstruktur, wobei die Herstellung der Leiterbahn oder Leiterstruktur durch ein kontrolliertes Aufbringen geometrischer Formen und Strukturen auf ein Substrat erfolgt.