DE60027485T2

DE60027485T2 - Druckempfindliche leitfähige Tintenzusammensetzung

Info

Publication number: DE60027485T2
Application number: DE2000627485
Authority: DE
Inventors: Nitta Corporation Tsutomu Ueda; Nitta Corporation Toshikazu Ooue
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: DE60018378T2; DE60027485D1; EP1116754B1; HK1037662A1; EP1484771A1; DE60018378D1; US6555024B2; US20010015423A1; JP3787717B2; HK1071228A1; JP2001184944A; EP1116754A3; EP1484771B1; EP1116754A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzung, die für druckempfindliche Sensoren und dergleichen verwendet wird, die beispielsweise Druck und/oder dessen Verteilung messen.
Herkömmliche druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzungen, die mit einem Druckfarbenbindemittel vermischt sind, worin ein thermoplastisches Harz durch Erhitzen in einem hochsiedendem Lösungsmittel gelöst ist, werden für druckempfindliche Sensoren und dergleichen verwendet.
Ein Beispiel für einen druckempfindlichen Sensor 1 wird in der in den 2 und 3 dargestellten Form verwendet. Der druckempfindliche Sensor 1 umfasst einerseits ein Foliensubstrat 4, auf dem Linienelektroden 2 in vorbestimmten Abständen aufgedruckt sind und druckempfindliche leitfähige Druckfarbe 3 so aufgebracht ist, dass sie die Linienelektroden 2 umgibt. Andererseits weist das Foliensubstrat 7 Reihenelektroden 5 auf, die senkrecht zu den Linienelektroden 2 aufgedruckt sind. Eine druckempfindliche Druckfarbe 6 ist so aufgebracht, dass sie die Reihenelektroden 5 umgibt. Die Oberflächen der jeweiligen Schichten aus druckempfindlicher, leitfähiger Druckfarbe liegen einander gegenüber.
Bei herkömmlichen druckempfindlichen leitfähigen Druckfarbenzusammensetzungen ergeben sich jedoch Probleme bei der Aufrechterhaltng der gewünschten Druckempfindlichkeit in Hochtemperaturatmosphären.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzung bereitzustellen, die in einer Hochtemperaturatmosphäre ihre Druckempfindlichkeit beibehalten kann.
Zur Erreichung des obigen Ziels weist die vorliegende Erfindung folgende technische Merkmale auf.

(1) Die erfindungsgemäße druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzung umfasst ein thermoplastisches Harz, einen leitfähigen Füllstoff, einen nichtleit fähigen Füllstoff und einen Härter, der das thermoplastische Harz teilweise vernetzt, worin das thermoplastische Harz ein Polyhydroxyether und der nichtleitfähige Füllstoff ein ultrafeines Siliciumdioxid ist, das einen Primärteilchendurchmesser von etwa 7 nm aufweist. In der vorliegenden Erfindung ist das thermoplastische Harz teilweise durch den Härter vernetzt, so dass es duroplastisch ist, wodurch sich die Glastemperatur verbessert. Da das thermoplastische Harz ein Polyhydroxyether ist, weist es statt Esterbindungen Etherbindungen auf. Dies ergibt verringerte Hydrolysierbarkeit, wodurch es zu einer verbesserten Naßbeständigkeit kommt.
(2) Der Polyhydroxyether kann eine Struktur der folgenden allgemeinen Formel aufweisen und kann aus Bisphenol A und Epichlorhydrin synthetisiert werden.
worin n = 1 bis 500, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 250, noch bevorzugter etwa 80 bis etwa 150, ist. Diese Struktur verleiht der Zusammensetzung eine vorteilhafte Verbesserung der Hitzebeständigkeit.
(3) Der Polyhydroxyether kann alternativ dazu eine Struktur der folgenden allgemeinen Formel aufweisen und kann aus Tetrabrombisphenol A und Epichlorhydrin synthetisiert werden.
worin n = 1 bis 500, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 250, noch bevorzugter etwa 80 bis etwa 150, ist.
Diese Struktur führt zu einer vorteilhaften Verbesserung der Hitzebeständigkeit während gleichzeitig die Flexibilität beibehalten und Flammhemmung verliehen wird.
(4) Der Härter kann ein oder mehrere aus TDI (Tolylendiisocyanat), IPDI (Isophorondiisocyanat), HDI (Hexamethylendiisocyanat) und XDI (Xylylendiisocyanat) ausgewählte(s) Isocyanat(e) sein. Diese Härter führen zu einer vorteilhaften Verbesserung der Hitzebeständigkeit.
(5) Der Härter kann ein oder mehrere aus den Isocyanaten vom Biuret-Typ, Addukt-Typ und Isocyanurat-Typ TDI (Tolylendiisocyanat), IPDI (Isophorondiisocyanat), HDI (Hexamethylendiisocyanat) und XDI (Xylylendiisocyanat) ausgewählte(s) Polyisocyanat(e) sein. Diese Härter verbessern die Haltbarkeit und sorgen bei der Herstellung für einfache Handhabung (bezüglich Toxizität).
(6) Der Härter kann ein Blockiermittel enthalten, das eine oder mehrere aus Methylethylketon, ε-Caprolacton, Ethylacetacetat und Phenol ausgewählte Aktivwasserstoffverbindung(en) umfasst. Diese Blockiermittel verleihen vorteilhafterweise eine längere Topfzeit (Lagerbarkeit).
(7) Die Zusammensetzung kann so eingemischt werden, dass das Verhältnis (NCO/OH) von NCO im Isocyanathärter zu OH im Polyhydroxyether im Bereich von 0,2 bis 2,0 liegt. Ein solches Verhältnis ermöglicht eine bevorzugte Vernetzungsgeschwindigkeit.
(8) Der leitfähige Füllstoff kann leitfähiger Ruß mit einer entwickelten Struktur mit einer DBP-Ölabsorption von 200 bis 480 ml/100 g sein, wodurch die Zusammensetzung eine stabile Leitfähigkeit erhält.
(9) Der erfindungsgemäße druckempfindliche Sensor der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung.

Im Folgenden werden praktische Beispiele für die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wovon:
1 ein Diagramm ist, das die Temperaturstabilität der Druckempfindlichkeit verschiedener Proben des erfindungsgemäßen druckempfindlichen Sensors im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel darstellt;
2 eine Vorderansicht der druckempfindlichen Sensorstruktur darstellt; und
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Struktur aus Linienelektroden und druckempfindlicher, leitfähiger Druckfarbe darstellt, die im druckempfindlichen Sensor aus 2 um die Linienelektroden herum aufgebracht ist.
Die druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein thermoplastisches Harz und einen leitfähigen Füllstoff. Das thermoplastische Harz wird mit einem Härter versetzt, der zu partiellen Vernetzungsreaktionen in der Lage ist.
Beispiel 1
Zu 21,1 Gewichtsteilen Phenoxyharz (PAPHEN-PKHH von Union Carbide Co., Ltd.) mit einer Struktur der unten angeführten allgemeinen Formel (worin n wie zuvor definiert ist), 3,5 Gewichtsteilen Ruß (Furnace Black 3950B von Lion Corporation) und 3,5 Gewichtsteilen Siliciumdioxidteilchen (Aerosil R812 von Nippon Aerosil Co., Ltd.) wurden 50 Gewichtsteile Lösungsmittel (Butyl-Cellosolve-Acetat) zugesetzt. Diese Materialien wurden vorvermischt und anschließend in einer Walzenmühle ausreichend geknetet.
Die Menge des vom Ruß absorbierten DBP-Öls betrug 310 ml/100 g und der Primärteilchendurchmesser der Siliciumdioxidteilchen 7 nm.
Als Härter wurden 21,9 Gewichtsteile IPDI (LUXATE ALIPHATIC ISOCYANATE IM von Arco Chemical Co., Ltd.) zum oben erhaltenen, gekneteten Material zugesetzt und mit einem Rührer ausreichend gerührt. Das resultierende geknetete Material wurde mittels Siebdruck als Aufdruck auf eine Polyimidfolie aufgebracht, in einem Ofen bei 100°C 4 Minuten lang vorgehärtet und 4 Minuten lang bei 145°C gut weitergehärtet, um eine Probe eines druckempfindliches Sensors herzustellen.
Beispiel 2
59,4 Gewichtsteile Lösungsmittel (Butyl-Cellosolve-Acetat) wurden zu 16,9 Gewichtsteilen Phenoxyharz (Phenototo YP50S von Toto Kasei Co., Ltd.) mit einer Struktur der nachstehenden allgemeinen Formel (worin n wie zuvor definiert ist), 2,8 Gewichtsteilen Ruß (Furnace Black 3950B von Lion Corporation) und 2,8 Gewichtstei len Siliciumdioxidteilchen (Aerosil R812 von Nippon Aerosil Co., Ltd.) zugesetzt. Diese Materialien wurden vorvermischt und anschließend in einer Walzenmühle vollständig geknetet.
Die Menge des vom Ruß absorbierten DBP-Öls betrug 310 ml/100 g und der Primärteilchendurchmesser der Siliciumdioxidteilchen 7 nm.
Als Härter wurden 18,1 Gewichtsteile TDI-Polyisocyanat vom Addukt-Typ (CORONATE L-70B von Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.) zum oben erhaltenen, gekneteten Material zugesetzt und mit einem Rührer ausreichend gerührt.
Eine Probe eines druckempfindlichen Sensors wurde durch Aufdrucken des resultierenden gekneteten Materials in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Beispiel 3
49,0 Gewichtsteile Lösungsmittel (Butyl-Cellosolve-Acetat) wurden zu 21,1 Gewichtsteilen Phenoxyharz (Phenototo YPB43 von Toto Kasei Co., Ltd.) mit einer Struktur der nachstehenden allgemeinen Formel (worin n wie zuvor definiert ist), 2,8 Gewichtsteilen Ruß (Furnace Black 3950B von Lion Corporation) und 4,3 Gewichtsteilen Siliciumdioxidteilchen (Aerosil R812 von Nippon Aerosil Co., Ltd.) zugesetzt. Diese Materialien wurden vorvermischt und anschließend in einer Walzenmühle ausreichend geknetet.
Die Menge des vom Ruß absorbierten DBP-Öls betrug 310 ml/100 g und der Primärteilchendurchmesser der Siliciumdioxidteilchen 7 nm.
Als Härter wurden 22,9 Gewichtsteile Polyisocyanat vom Block-Typ (Duranate MF-K60X von Asahi Chemical Industry Co., Ltd.) zum oben erhaltenen, gekneteten Material zugesetzt und mit einem Rührer ausreichend gerührt.
Eine Probe eines druckempfindlichen Sensors wurde durch Aufdrucken des resultierenden gekneteten Materials in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Vergleichsbeispiel
1,4 Gewichtsteile des gleichen Rußes wie in den Beispielen und 5,6 Gewichtsteile der gleichen Siliciumdioxidteilchen wie in den Beispielen wurden zu 25 Gewichtsteilen Polyesterharz (Vylon RV200, Toyobo Co., Ltd.) zugesetzt und anschließend weitere 68 Gewichtsteile Lösungsmittel (ein Lösungsmittelgemisch aus 3-Ethoxyethylacetat und γ-Butyrolacton) dazu zugesetzt. Diese Materialien wurden vorvermischt und anschließend in einer Walzenmühle ausreichend geknetet, um eine Probe eines druckempfindlichen Sensors in gleicher Weise wie in den Beispielen herzustellen.
Bewertungstest
Die Proben der druckempfindlichen Sensoren wurden jeweils in einer Drucktestmaschine verpresst, die in einem thermostatischen und feuchtigkeitsgeregelten Bad installiert war, und ihre Druckempfindlichkeit wurde gemessen. Die Temperatur wur de auf 25°C, 45°C, 65°C, 85°C und 95°C eingestellt, und auf die Proben wurde ein Druck von 0,5 kp/cm² ausgeübt.
Wie aus dem Diagramm der 1 hervorgeht, kam es bei Temperaturen von 25 bis 95°C kaum zu Veränderungen des Widerstands der jeweiligen Proben der Beispiele 1 bis 3, der Widerstand der Probe des Vergleichsbeispiels fiel jedoch bei einer Temperatur über 65°C rasch ab.
Die Feuchtigkeitsbeständigkeit der jeweiligen Sensorproben wurde durch Messen ihrer Druckempfindlichkeit (bei einer Atmosphäre von 25°C) bewertet, nachdem sie 1.000 Stunden lang bei 85°C und 85% relativer Feuchte stehen gelassen wurden. Die Proben der Beispiele 1 bis 3 behielten ihre Druckempfindlichkeit bei, während die Probe des Vergleichsbeispiels einen Abfall des Widerstands in druckfreiem Zustand zeigte und es sogar bei Wiederanlegen von Druck zu keiner Änderung des Widerstands mehr kam.
So wie oben dargelegt beschaffen, verbessert die vorliegende Erfindung die Glastemperatur und stellt eine druckempfindliche, leitfähige Druckfarbenzusammensetzung bereit, die ihre Druckempfindlichkeit sogar in Hochtemperaturatmosphären beibehalten kann, wo herkömmliche Zusammensetzungen scheitern.

Claims

Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung, die Folgendes umfasst: ein thermoplastisches Harz, einen leitfähigen Füllstoff, einen nichtleitfähigen Füllstoff und einen Härter, der das thermoplastische Harz teilweise vernetzt, worin das thermoplastische Harz ein Polyhydroxyether und der nichtleitfähige Füllstoff ein ultrafeines Siliciumdioxid ist, das einen Primärteilchendurchmesser von etwa 7 nm aufweist.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Polyhydroxyether eine Struktur der folgenden allgemeinen Formel umfasst:
worin n 1 bis etwa 500 ist.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Härter ein oder mehrere aus TDI (Tolylendiisocyanat), IPDI (Isophorondiisocyanat), HDI (Hexamethylendiisocyanat) und XDI (Xylylendiisocyanat) ausgewählte Isocyanate ist.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Härter ein oder mehrere aus Isocyanaten von TDI (Tolylendiisocyanat), IPDI (Isophorondiisocyanat), HDI (Hexamethylendiisocyanat) und XDI (Xylylendiisocyanat) vom Biuret-Typ, Addukt-Typ und Isocyanurat-Typ ausgewählte Polyisocyanate ist.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 4, worin der Härter ein Blockiermittel enthält, das eine oder mehrere aus Methylethylke ton, ε-Caprolacton, Ethylacetacetat und Phenol ausgewählte aktive Wasserstoffverbindungen umfasst.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Härter ein Isocyanat-Härter ist und das Verhältnis NCO/OH von Isocyanat im Härter zu Hydroxy im Polyhydroxyether im Bereich von 0,2 bis 2,0 liegt.
Druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der leitfähige Füllstoff leitfähiger Ruß mit einer entwickelten Struktur mit einer DBP-Ölabsorption von 200 bis 480 ml/100 g ist.
Druckempfindlicher Sensor, der die druckempfindliche leitfähige Druckfarbenzusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst.