Formulación de tinta conductora de plata: cómo los aditivos líquidos iónicos mejoran el rendimiento

La tinta plateada conductora es el silencioso caballo de batalla detrás de una creciente gama de productos: antenas RFID, interruptores de membrana, circuitos flexibles, sensores médicos, paneles táctiles y barras colectoras fotovoltaicas. Cualquiera que sea la aplicación, la tinta tiene que hacer tres cosas a la vez: imprimir limpiamente, curar formando una película altamente conductora y permanecer estable en el estante durante meses. Esa combinación es más difícil de lograr de lo que parece, y la mayor parte de la dificultad radica en el paquete de aditivos más que en la plata misma.

Ldet Energy Technology ha estado desarrollando líquidos iónicos y aditivos funcionales desde 2009. Este artículo comparte lo que hemos aprendido sobre dónde los líquidos iónicos realmente ayudan a los formuladores de tinta plateada, dónde no y cómo examinarlos rápidamente dentro de un programa de desarrollo.

¿Qué hace que la tinta conductora de plata sea tan exigente?

Una tinta plateada serigrafiable típica contiene entre un 60 y un 85 por ciento de plata en peso, generalmente en forma de escamas, esferas o una mezcla de ambas. Todo lo demás es el sistema portador: solvente, aglutinante polimérico, dispersante y pequeñas cantidades de modificadores de reología, promotores de adhesión y agentes de curado. La plata es densa y, bajo esa carga, las partículas quieren asentarse, agruparse y formar puentes formando aglomerados que obstruyen las mallas y crean vías resistivas.

Luego está el presupuesto térmico. La plata a granel se funde cerca de los 961 °C, y las escamas a escala micrométrica necesitan más de 150 °C para formar cuellos conductores. Muchos de los sustratos que más interesan a la gente (PET, poliimida, papel, poliuretano termoplástico) no pueden tolerar ese tipo de calor por mucho tiempo. Por lo tanto, se solicita al formulador que proporcione una conductividad similar a la masa a temperaturas a las que el sustrato realmente pueda sobrevivir.

Tres problemas que deciden si una tinta plateada funciona

Dispersión y vida útil.

La aglomeración comienza en el momento en que la plata encuentra el vehículo. Un buen dispersante se adsorbe en la superficie del metal, proporciona repulsión estérica o electrostática y evita que la viscosidad aumente durante el almacenamiento. Cuando la dispersión es deficiente, primero se nota como sedimento y obstrucción de la pantalla, y luego como parches resistivos en la película curada.

Sinterización a baja temperatura

La conductividad aparece sólo cuando las partículas vecinas forman puentes metálicos. Cualquier cosa que reduzca el inicio efectivo de la sinterización, sin dejar residuos aislantes, es valiosa. Aquí es donde los aditivos iónicos cuidadosamente seleccionados ganan su lugar en una formulación.

Adhesión y compatibilidad del sustrato.

Una película conductora que se despega durante la prueba de la cinta o la flexión repetida es una película fallida. La adhesión depende de la coincidencia de energía superficial entre la tinta y el sustrato, y de cómo se comportan el aglutinante y los aditivos mientras se seca la película.

Donde los líquidos iónicos cambian la ecuación

Los líquidos iónicos son sales que permanecen líquidas por debajo de los 100 °C. Tienen una presión de vapor insignificante, una alta estabilidad térmica y una estructura que se puede ajustar casi molécula a molécula. Para los desarrolladores de tintas plateadas, se destacan tres funciones prácticas: auxiliares de dispersión que recubren la superficie de plata y mantienen las partículas separadas, auxiliares de sinterización que promueven la formación de cuellos entre partículas a temperaturas más bajas y modificadores de humectación o conductividad que ajustan el comportamiento de la película impresa.

Si la química en sí es nueva para usted, nuestra descripción general de Qué son los líquidos iónicos y cómo funcionan. es un punto de partida útil antes de comenzar a seleccionar candidatos.

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Leer el catión y el anión como un formulador

Casi todas las propiedades del líquido iónico que son importantes para una tinta (viscosidad, hidrofilicidad, estabilidad térmica, ventana electroquímica) provienen del emparejamiento de un catión con un anión. Cambiar cualquiera de ellos remodela todo el aditivo. En la práctica, las familias de cationes evaluadas con mayor frecuencia en formulaciones conductoras incluyen:

• Sales de imidazolio, incluidos los tipos mono, di y trisustituidos, valoradas por su estabilidad térmica y polaridad sintonizable.
• Sales de piridinio y pirrolidinio con fuerte estabilidad electroquímica
• Sales de piperidinio y amonio cuaternario con baja viscosidad y actividad superficial útil
• Sales de fosfonio cuaternario para procesamiento exigente a alta temperatura
• Cationes funcionalizados con hidroxilo y éter para el control de la humectación y la adhesión.

En el lado de los aniones, los haluros, tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, triflato y aniones a base de imida cubren la mayor parte del rango de polaridad y estabilidad que necesita una tinta plateada. Cuando una formulación exige una viscosidad, un perfil de curado o una sensibilidad a la humedad específicos, un catión funcionalizado (que contenga hidroxilo, por ejemplo) suele ser la ruta más rápida para lograr una mejor humectación y adhesión en sustratos plásticos.

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Puntos de referencia de rendimiento para realizar un seguimiento durante el desarrollo

La detección aditiva se vuelve mucho más rápida cuando se fija el plan de medición antes de la primera prueba. La siguiente tabla refleja los parámetros que nuestro equipo de aplicaciones verifica junto con los clientes durante el trabajo de formulación en las primeras etapas.

Reología e imprimibles: el término medio pasado por alto

Las tintas plateadas son fluidos diluyentes y los impresores dependen de ese comportamiento: baja viscosidad bajo la espátula o la boquilla, rápida recuperación hasta una película estructurada inmediatamente después. Los aditivos que interfieren con la red aglutinante pueden arruinar la definición de los bordes. Los aditivos poliméricos y oligoméricos tienden a ser más suaves aquí, porque su mayor volumen molecular permite ajustar el flujo sin cambiar drásticamente la polaridad del líquido.

Nuestra gama de líquidos iónicos poliméricos se desarrolló exactamente por esa razón: brindar a los formuladores modificadores de reología ajustables que también contribuyan a la estabilidad térmica y a una actividad superficial duradera en lugar de migrar fuera de la película con el tiempo.

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Del lote de laboratorio al lote de producción

Un aditivo que funciona perfectamente en una muestra de laboratorio de 50 gramos es inútil si el décimo lote de producción se comporta de manera diferente. Es por eso que mantenemos nuestra disciplina de proceso simple: rutas sintéticas fijas, purificación controlada y documentación completa de lotes desde nuestra base de producción en Deqing, Zhejiang.

Debido a que los líquidos iónicos se ensamblan a partir de cationes y aniones, la síntesis personalizada es más normal que excepcional. Díganos la viscosidad, solubilidad y comportamiento de curado que necesita y le propondremos estructuras que se ajusten al resto de su formulación en lugar de pedirle que reformule alrededor de la nuestra.

Control estático en conversión y manipulación

Las tintas conductoras y las estáticas rara vez se mezclan bien en la producción. El secado, el desenrollado y el corte generan cargas que atraen el polvo, cambian el registro y pueden dañar los componentes sensibles posteriores. Cuando las capas de plata impresas son parte de un proceso de conversión más amplio, nuestra gama de agentes antiestáticos para polímeros, películas y adhesivos a menudo se especifica junto con la propia tinta para mantener la resistividad de la superficie dentro de un rango controlado.

Hablemos de su proyecto Silver Ink

Ya sea que esté reduciendo la temperatura de curado de una tinta compatible con PET, buscando una mejor adhesión en poliimida o tratando de prolongar la vida útil más allá de los seis meses, el aditivo adecuado suele ser una estructura específica en lugar de genérica. Nuestro equipo revisará su sistema, recomendará líquidos iónicos candidatos de nuestro catálogo o diseñará una estructura personalizada y le proporcionará muestras para sus propias pruebas.

Envíenos sus especificaciones y le diremos honestamente si los líquidos iónicos son la herramienta adecuada para el problema que tiene frente a usted.