Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung elektrisch isolierender Tinten für den Inkjetdruck auf Smart Textiles

Smart Textiles sind ein überdurchschnittlich wachsendes Segment bei Textilien. Der Inkjet-Druck ermöglicht dabei die individuelle Verbindung elektronischer Komponenten durch gedruckte Leiterbahnen. Damit die in Textilien integrierte Elektronik fehlerfrei funktioniert und keine Kurzschlüsse entstehen, müssen die Leiterbahnen elektrisch isoliert werden. Die nach dem Stand der Technik vorliegenden Lösungsansätze zur Isolation mittels Digitaldruck sind aber ungenügend.

Ziel des Projektes ist es, druckbare elektrisch isolierende Tinten hoher Permanenz zu entwickeln, die sowohl als bedruckbarer und elektrisch isolierender Untergrund als auch als Topcoat für den Druck mit elektrisch leitfähigen Tinten verwendet werden können. Dadurch lassen sich isolierte Leiterbahnen auf Textilien in einem Arbeitsschritt mittels des Digitaldrucks besonders preiswert und flexibel herstellen. Da die isolierende Vor- und Nachbehandlungschemie nur im Bereich der gedruckten Leiterbahnen angewendet wird, lassen sich zudem auch Chemikalien einsparen und ein weicher Warengriff erzielen. Als Vor- und Nachbehandlungschemikalien eignen sich Bindemittel sowie isolierende und wasserabweisende Verbindungen. Geeignete Verbindungen und notwendige Schichtdicken werden in einem Screening ermittelt und in druckbare Tinten überführt. Die applikatorischen und isolierenden Eigenschaften werden geprüft und nach der Optimierung anhand von Demonstratoren aufgezeigt.

Textile Produkte mit integrierter Elektronik bietet ein breit gefächertes Betätigungsfeld für KMUs. Die Projektergebnisse werden KMUs in die Lage versetzen, gebrauchstüchtige Smart Textiles mit digitalen Druckverfahren preiswert herzustellen und bedarfsgerecht im gleichen Fertigungsschritt elektrisch isolieren zu können. Insbesondere für deutsche Textilhersteller ist es wichtig mit solchen Entwicklungen Wettbewerbsvorteile erlangen zu können, um am stetig wachsenden Zukunftsmarkt Smart Textiles und gedruckte Elektronik teilhaben zu können.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden elektrisch isolierende Tinten für den Inkjetdruck auf Basis von Bindemitteln entwickelt, die eine elektrische Isolierung gedruckter Leiterbahnen bei gleichzeitigem weichen Warengriff auf Textilien ermöglichen. Auf planaren Flächen wird eine elektrische Isolierung mit dünnflüssigen Tinten bereits bei einer Schichtdicke von ca. 30 µm Nassauftrag erhalten. Isolierende Schichten auf offenen textilen Strukturen erfordern Tintenviskositäten von größer als 1 Pas und einen höheren Tintenauftrag. Um isolierte textile Leiterbahnen zu erhalten, bedarf es der Imprägnierung oder der Bedruckung des textilen Substrats mit den entwickelten Tinten vor der Applikation der elektrisch leitfähigen Tinten/Strukturen. Im Regelfall ist ein Tintenauftrag von bis zu 100 g/m2 erforderlich (Mehrfachbedruckung), um eine hinreichend dichte elektrisch isolierte Trägerschicht für das Aufdrucken der elektrisch leitfähigen Tinten zu erreichen. In einem weiteren Schritt erfolgt schließlich die Inkjetapplikation der isolierenden Tinten in Form eines isolierenden Topcoats mit einer Schichtdicke von mindestens 50µm (nass). Je geschlossener die zu bedruckende Schicht ist, umso weniger Tinte wird für die Isolation benötigt. Bei niederviskosen Tinten ist generell ein mehrmaliges Aufdrucken der isolierenden Schicht auf textile Strukturen erforderlich, während die Isolation von beispielhaft untersuchten metallischen 2D-Schichten bereits beim einmaligen Bedrucken möglich ist, sofern eine homogene Benetzung erreicht wird.