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Dokumentenidentifikation DE69608313T2 09.11.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0871681
Titel DRUCKEMPFINDLICHE TINTENSYSTEME UND VERFAHREN ZUR VERWENDUNG
Anmelder Tekscan, Inc., Boston, Mass., US
Erfinder KRIVOPAL, Boris, Brighton, US
Vertreter Steffens, J., Dipl.-Chem.,Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 82166 Gräfelfing
DE-Aktenzeichen 69608313
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GB, IE, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.12.1996
EP-Aktenzeichen 969429562
WO-Anmeldetag 11.12.1996
PCT-Aktenzeichen US9619758
WO-Veröffentlichungsnummer 9725379
WO-Veröffentlichungsdatum 17.07.1997
EP-Offenlegungsdatum 21.10.1998
EP date of grant 10.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.11.2000
IPC-Hauptklasse C09D 4/00
IPC-Nebenklasse G01L 1/20   H01C 10/20   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft druckempfindliche Farbe, Vorrichtungen, die eine solche Farbe beinhalten, und Verfahren für die Verwendung einer solchen Farbe, wobei die Farbe ein hohes Niveau an Leistung, Beständigkeit und Genauigkeit in bezug auf die elektromechanische Eigenschaft aufweist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Druckempfindliche Farben sind für den Gebrauch in einer Reihe verschiedener Anwendungen bekannt, bei denen es wünschenswert ist, verschiedene elektrische Ausgänge als Reaktion auf sich ändernden Druck oder eine sich ändernde Kraft zu erzielen, mit dem/der eine Schicht oder ein Laminat der Farbe beaufschlagt wird, und insbesondere für den Einsatz in verschiedenen berührungs- oder druckempfindlichen Vorrichtungen der Art, die in den US-Patenten 4,856,993; 4,734,034 und 5,033,291 beschrieben ist. Solche Vorrichtungen können elektrische Signale mit einer Monotonie erzeugen, die von dem/der beaufschlagten mechanischen Druck oder Kraft abhängig ist. Zu solchen Vorrichtungen gehören Druckmeßwertwandler, Sensoren, Dehnungsmeßgeräte und dergleichen.

Bei Farben des Standes der Technik kommt es zuweilen zu Schwierigkeiten beim Einsatz in druckempfindlichen Vorrichtungen aufgrund von Beschränkungen hinsichtlich Hystereseeigenschaften und/oder Empfindlichkeit und/oder Temperaturstabilität, Schwierigkeiten bei der Herstellung und fehlender Beständigkeit und Genauigkeit der allgemeinen elektromechanischen Eigenschaften. So können beispielsweise Temperaturbeschränkungen die Fähigkeit bestimmter Farben beeinträchtigen, in bestimmten Druckmeßwertwandlern nützlich zu sein. Viele derzeitige Farben können häufig nur bei Temperaturen von bis zu etwa 38ºC (100ºF) eingesetzt werden; es gibt jedoch Anwendungsbereiche, bei denen eine Stabilität bei Temperaturen über 38ºC (100ºF) wünschenswert oder erforderlich ist.

Leiterplatten, Schalter und dergleichen weisen häufig elektrisch leitende Farben auf, die als Leiter oder Widerstände nützlich sind, bei denen druckempfindliche Eigenschaften, z. B. Veränderung des spezifischen Widerstands mit Variation des beaufschlagten Drucks, nicht identifiziert oder verwendet werden. Einige solche Vorrichtungen können Halbleitermaterial im Nanopartikelbereich in elastischen Komponenten aufweisen, um Leitfähigkeit zu erzielen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte druckempfindliche Farben bereitzustellen, die in druckempfindlichen Vorrichtungen zum Einsatz kommen können, um ein hohes Niveau an Leistung in solchen Vorrichtungen mit Beständigkeit und Genauigkeit der elektromechanischen Eigenschaft zu erzielen, einschließlich der gewünschten Empfindlichkeit, guter Hystereseeigenschaften und gewünschter Temperaturstabilität über einen breiten Temperaturbereich nach Bedarf.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, druckempfindliche Vorrichtungen bereitzustellen, die eine Variation des elektrischen Widerstands mit einer Variation des auf die Vorrichtung aufgebrachten Drucks erzielen, wobei die Vorrichtungen die druckempfindliche Farbe der vorherigen Aufgabe darin aufweisen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwendung einer druckempfindlichen Farbe gemäß den vorangegangenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, um auf eine druckempfindliche Vorrichtung aufgebrachte(n) Kraft oder Druck zu ermitteln, indem eine elektrische Anzeige der aufgebrachten Kraft erhalten wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Farben, Verfahren und Vorrichtungen gemäß den obigen Aufgaben bereitzustellen, wobei die verwendete Farbe einen elastischen Polymerbinder und ein Füllmittel dafür aus Nanopartikeln aufweist, die in dem Binder dispergiert sind, wobei die Partikel eine Größe im Bereich von 1-1.000 Nanometern haben.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Farbe gemäß den obigen Aufgaben bereitzustellen, wobei das eingesetzte Polymerbindemittel ein Phenoxypolymer ist, das den Betrieb druckempfindlicher Vorrichtungen, die die Farbe über hohe Temperaturbereiche aufweisen, mit guter Empfindlichkeit und Beständigkeit zuläßt, insbesondere in Druckmeßwertwandler-Vorrichtungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine druckempfindliche Farbe mit ausgewählter Druckempfindlichkeit für den Einsatz als druckempfindliche Komponente einer druckempfindlichen Vorrichtung bereitgestellt. Die druckempfindliche Farbe besteht aus einem elastischen, organischen Polymerbindemittel und einem Füllstoff aus Nanopartikeln, die in dem genannten Bindemittel dispergiert sind. Die Nanopartikel haben eine Größe im Bereich von 1-1.000 Nanometern und sind halbleitende Partikel mit einer bevorzugten durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich von 15-45 Nanometern. In det bevorzugten Ausgestaltung hat die druckempfindliche Farbe, wenn sie in einer Schicht einer druckempfindlichen Vorrichtung verfestigt ist, einen spezifischen Widerstand von etwa 10² bis etwa 10&sup6; Ohm-Zentimeter und eine Empfindlichkeit im Bereich von etwa 0,04 bis 132275 MikroSiemens/kg (0,02 bis 60.000 MikroSiemens/lb), wobei die Partikel etwa 1-7 Gew.-% der Farbe/Schicht ausmachen und Kohlenstoffpartikel sind.

Die erfindungsgemäße Farbe kann vorzugsweise ein Lösungsmittel, ein Polymerbindemittel und halbleitende Partikel wie z. B. Kohlenstoffpartikel umfassen, die zu einem Kolloidsystem ausgebildet sind, wobei das Bindemittel und die Partikel eine Partikelgröße zwischen etwa 1 und etwa 1.000 Nanometer aufweisen.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der auf eine druckempfindliche Vorrichtung aufgebrachten Kraft bildet wenigstens eine Schicht aus einer verfestigten druckempfindlichen Farbe wenigstens einen Teil der genannten Vorrichtung. Die Farbe umfaßt ein Polymerbindemittel wie oben beschrieben, und es wird eine Kraft auf die Vorrichtung aufgebracht, wobei dann der Widerstand ermittelt wird, damit die Kraft ermittelt werden kann.

Die in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Farbe umfaßt vorzugsweise ein Polymerbindemittel eines Phenoxypolymers der folgenden Formel:

gleichförmig vermischt mit Kohlenstoffpartikeln im Bereich von 1-1000 Nanopartikeln und vorzugsweise 15-45 Nanopartikeln. Vorzugsweise n = n < 100.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Verbesserung in einer druckempfindlichen Vorrichtung zum Erzielen einer Variation des elektrischen Widerstandes mit einer Variation der auf die Vorrichtung aufgebrachten Kraft. Die Vorrichtung hat eine druckempfindliche Komponente, die zwischen Punkten der Messung des elektrischen Widerstandes durch die druckempfindliche Komponente verläuft. Die Verbesserung hat eine druckempfindliche Komponente mit wenigstens einer Schicht aus verfestigter druckempfindlicher Farbe gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Teil der Vorrichtung bildet.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das hohe Niveau an Leistung, Beständigkeit und Genauigkeit der elektromechanischen Eigenschaften aufgrund der verbesserten druckempfindlichen Farbe erzielt werden kann, die in den Verfahren und Vorrichtungen zum Einsatz kommt. So können beispielsweise druckempfindliche Meßwertwandler und andere Vorrichtungen eine gute Empfindlichkeit über einen gewünschten breiten Temperaturbereich einschließlich hoher Temperaturbereiche haben. Hysteresecharakteristiken können verbessert werden, indem das organische Polymerbindemittel so gewählt wird, daß Verzerrungen vermieden werden und die Wiederholbarkeit aufeinanderfolgender Zyklen verbessert wird, wodurch Stabilität über große Temperaturbereiche mit guten elektrischen Charakteristiken erzielt wird. Die druckempfindlichen Farben können mit konventionellen Verfahren formuliert und in Vorrichtungen verwendet werden. So kann beispielsweise eine einzige Farbschicht verfestigt werden, wie beispielsweise durch Erhärten oder Erhitzen oder Trocknen mit Kabeln, die an der oberen und der unteren Fläche oder den seitlichen Flächen der verfestigten Farbe angebracht werden. Folglich können Druckempfindlichkeit und Stromwerte in einer einzigen Schicht erzielt werden. In anderen Vorrichtungen werden mehrere Schichten mit den Kabeln zwischen der obersten Schicht und der untersten Schicht verwendet, wobei nicht nur die inhärente Elastizität der Vorrichtung, sondern auch Oberflächencharakteristiken zwischen den Schichten den elektrischen Widerstandswert und die resultierenden Eigenschaften solcher Vorrichtungen bestimmen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die obigen sowie weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach einem Studium der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Begleitzeichnungen besser verständlich. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine halbschematische Querschnittsansicht einer Farbe gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine druckempfindliche Vorrichtung in der Form eines druckempfindlichen Meßwertwandlers vor der endgültigen Herstellung;

Fig. 3 eine seitliche Querschnittsansicht davon durch die Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 eine Kurve der Empfindlichkeit im Vergleich zur Temperatur in Grad Celsius bei einer herkömmlichen PSI- Knopfzelle gemäß Fig. 2 unter Verwendung einer druckempfindlichen Farbe der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Hysteresekurve der prozentualen Hysterese gegenüber der Temperatur in Grad Celsius bei einer Knopfzelle mit gehärteter druckempfindlicher Farbe gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine Kurve der prozentualen Nichtwiederholbarkeit gegenüber der Temperatur in Grad Celsius einer Knopfzelle gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Kurve des Knopfzellen-Wirkleitwerts, die den Wirkleitwert gegenüber Kraft bei 23ºC für eine Farbe gemäß Beispiel 4 mit 3,18% Kohlenstoff zeigt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 1 bei 10 eine druckempfindliche Farbe mit einem Polymerbindemittel 11 gezeigt, das vorzugsweise im wesentlichen gleichförmig darin verteilt eine Mehrzahl von Partikeln enthält, die vorzugsweise halbleitend sind, so daß die Farbe, nachdem sie getrocknet und gehärtet wurde, eine Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands nach dem Aufbringen und der Wegnahme von auf die Farbe aufgebrachtem Druck ergibt, wobei dieser spezifische Widerstand gemessen werden kann und den aufgebrachten Druck angibt.

Fig. 2 zeigt eine bestimmte Vorrichtung 20, die die druckempfindliche Farbe 10 enthält, die in eine in der Technik bekannte Knopfzelle integriert wurde. In der Knopfzelle oder Vorrichtung 20 bildet eine dünne Isolierschicht wie z. B. eine Kunststoffolie oder -basis 21 aus Mylar, einem Polyester- Warenzeichenprodukt von DuPont Corp. aus Wilmington, DE, eine Polyethylenterephalat-Basisfolie oder ein isolierender Kunststoff eine Basis der Knopfzelle. Als Basis 21 können auch andere isolierende Polymere wie Polyethylen, PVC oder sogar andere Isolatoren wie Textilien oder Keramiken zum Einsatz kommen.

Die Basis 21 hat eine Leiterbahn 22 auf einer Seite einer mittleren Falzlinie 23 der Vorrichtung. Eine zweite Leiterbahn 24 befindet sich auf einer zweiten Seite der Vorrichtung.

Die Bahnen 22 und 24 umfassen jeweils einen runden Knopfabschnitt 25, 26, die dünn und ohne Druckbeaufschlagung hochleitend sind und vorzugsweise einen spezifischen Widerstand im Bereich von 10&supmin;&sup6; bis 10&supmin;&sup4; Ohm-Zentimeter aufweisen.

Die Scheibenabschnitte aus verfestigter Farbe 10 auf beiden Seiten der Mittellinie 23 sind so beabstandet, daß sie übereinander liegen, wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, wenn die Vorrichtung an der Falzlinie 23 gefaltet und durch die Bahnen 22 und 24 an eine konventionelle elektrische Prüfvorrichtung zum Messen des spezifischen Widerstandes angebracht wird. Aufgrund von Druck oder Kraft auf einer Oberfläche der oberen Schicht 10 gemäß Fig. 3, der/die durch den Pfeil 30 aufgebracht wird, können die Bahn 24 und die Bahn 22 Reaktion und Änderung der Leitfähigkeit von einem oberen Niveau der Oberfläche 31 bis zu einer Unterseite 32 der beiden Schichten aus halbleitender Farbe messen. Diese Änderung des spezifischen Widerstands mit zunehmendem oder abnehmendem Druck wird mit in der Technik bekannten, standardmäßigen elektronischen Geräten gemessen. Es wird beispielsweise auf das Patent Nr. 4,734,034 verwiesen, mit dem der/die zwischen der Ober- und der Unterseite der leitenden Schichten aufgebrachte Druck oder Kraft bestimmt werden kann. Diese Kraft kann mit der Hand eines Benutzers oder mit einem mechanischen Mittel in einer Reihe verschiedener Druckmeßwertwandler und Druckmeßvorrichtungen aller in der Technik bekannten Typen aufgebracht werden.

Die Knöpfe und Schichten 10 in einem Laminat können im Hinblick auf ihre Anzahl variieren. Ihre Dicke liegt vorzugsweise im Bereich von 0,00127 bis 1,27 mm (0,00005 bis 0,05 Zoll). In der gezeigten Knopfzelle kommen zwei Schichten der verfestigten Farbe zum Einsatz, aber es können auch viele Schichten verwendet werden. In einigen Fällen ermöglicht eine einzige Schicht die Messung von Druck, der zwischen zwei Oberflächen der Schicht aufgebracht wird. Der Druck wird vorzugsweise so aufgebracht, daß die verfestigte Farbe zwischen dem Druck oder der Kraft elastisch zusammengedrückt wird, der/die auf eine der Flächen der Schicht oder der Mehrzahl von Schichten aufgebracht wird[*1].

Typische druckempfindliche Vorrichtungen, bei denen die Farben der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, sind unter anderem Druckmeßwertwandler wie z. B. Kraftmeßdosen, Knopfzellen, Dehnungsmeßgeräte, Druckmeßgeräte oder andere Drucksensoren.

Die Farbe, aus der die getrockneten Schichten 10 oder andere druckempfindliche Schichten für den Einsatz in Druckmeßwertwandlern hergestellt werden, umfaßt ein Polymerbindemittel und Nanopartikel.

Das organische Polymerbindemittel kann aus jedem beliebigen Material bestehen, das es zuläßt, daß die ausgebildeten Schichten elastische Eigenschaften haben. Wenn eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten der verfestigten Farben der vorliegenden Erfindung zusammengedrückt wird/werden, dann nimmt die Leitfähigkeit zu und der spezifische Widerstand sinkt. Somit wird in dem verwendeten Polymerbindemittel ein gewisses Maß an elastischer Verformungsfähigkeit bevorzugt. Nützliche organische Polymerbindemittel sind unter anderem Polyesterpolymere, Phenoxypolymere, Epoxidpolymere, Acrylpolymere, Vinylpolymere, Polyamidpolymere, Polypropylene, Polyethylene, Silikone, Elastomere wie z. B. Natur- und Synthesekautschuk, einschließlich Styrol-Butadien-Copolymer, Polychloropren (Neopren), Nitrilkautschuk, Butylkautschukgummi, Polysulfidkautschuk ("Thiokol"), Cis-1,4-polyisopren, Ethylen- Propylen-Terpolymere (EPDM-Kautschuk), Silikongummi und Polyurethankautschuk sowie andere Polymere aller Arten, je nach den gewünschten spezifischen Eigenschaften.

Phenoxyharze werden für den Einsatz als organisches Polymer bevorzugt, da sie äußerst gute Eigenschaften in der fertigen verfestigten Farbe ergeben, einschließlich guter Hysteresecharakteristiken, gewünschter Empfindlichkeit, hoher Temperaturstabilität, guter Wiederholbarkeit und ausgezeichneter elektromechanischer Eigenschaften insgesamt, wenn sie als druckempfindliche Farbe zum Einsatz kommen, insbesondere in druckempfindlichen Meßwertwandlervorrichtungen wie z. B. zum Ermitteln des beaufschlagten Drucks anhand Änderungen der elektrischen Reaktion.

In der vorliegenden Erfindung nützliche Phenoxyharze sind Thermoplastcopolymere aus Bisphenol A und Epichlorhydrin mit hoher Molekularmasse und der folgenden molekularen Grundstruktur:

[OC&sub6;H&sub4;C(CH&sub3;)&sub2;C&sub6;H&sub4;OCH&sub2;CH(OH)CH&sub2;] n = n < 100.

Sie haben dieselben Rohmaterialien wie Epoxidharze, enthalten jedoch keine Epoxidgruppen. Sie können durch Reagieren mit Polyisocyanaten, Anhydriden oder anderen Quervernetzungsmitteln gehärtet werden, die mit Hydroxylgruppen reagieren können, aber in den bevorzugten Ausgestaltungen werden sie nur durch Hitze und Verdunstung von Lösungsmitteln verfestigt.

Die Schmiedbarkeit von Phenoxyharzen ähnelt der von Metallen. Sie sind transparent und auch durch eine geringe Formschrumpfung, gute Maßbeständigkeit und eine mäßig gute Beständigkeit gegenüber Temperatur und Korrosion gekennzeichnet.

Sie können extrudiert oder blasgeformt werden. Teile können thermisch geformt oder heiß- oder lösungsmittelverschweißt werden. Einige Anwendungen sind Blasformcontainer, Rohrleitungen, Belüftungsrohre und Formteile.

Solche Phenoxyharze sind zähe, schmiedbare Polymere mit hoher Kohäsionsfestigkeit und guter Schlagfestigkeit. Ihre Etherbindungen und Hydroxylseitengruppen begünstigen eine Benetzung und eine Bindung mit verschiedenen Substraten und Füllstoffen. Die Polymerbindemittel können in Pelletform, als Dispersion in Wasser, sowie als Pulver- und Lösungsmittellösungen geliefert werden.

Phenoxypolymere sind besonders nützlich, zum Teil deshalb, weil sie häufig nicht kristallisieren oder Spannungskonzentrationen aufbauen. Sie haben hohe Temperaturcharakteristiken, die Stabilität in verschiedenen Temperaturbereichen einschließlich Temperaturen über 38ºC (100ºF) ermöglichen. Solche Polymere sind von Union Carbide aus Danbury, Connecticut als Paphen, Phenoxyharze und auch als UCAR- Phenoxyharze erhältlich. UCAR-Phenoxyharze PKHH und PKHJ sind weiße, lichtdurchlässige Pellets mit einem Hydroxygehalt von 6 Gew.-%, einem Hydroxyäquivalentgewicht g/g-Mol von 284 mit relativen Molekülmassen von 30.000-80.000, Glasübergangstemperaturen (Tg) von 98ºC. Die Zugfestigkeit kann im Bereich von etwa 9.000-9.500 liegen, mit einer endgültigen Verlängerung bei Zugbeanspruchung von 50-100%. Die Dehngrenzen in kp/cm² können 2,1 · 10&sup6; - 2,2 · 10&sup6; (300.000-325.000 psi) betragen. Solche Harze werden bevorzugt, aber es können auch andere Phenoxypolymere, die auch als Poly(hydroxyether)-Polymere bekannt sind, zum Einsatz kommen. Solche Harze können Schmelzpunkte von bis zu 180ºC haben, so daß sie ohne Verzerrung über breite Temperaturbereiche verwendet werden können.

Das verwendete Polymerbindemittel ist vorzugsweise ein elastisches Polymer mit hoher relativer Molekülmasse. Der hierin verwendete Begriff elastisches Polymer weist auf ein Polymer hin, das eine vorübergehende Dimensionsänderung, die durch eine(n) externe(n) Druck oder Kraft verursacht wird, in bezug auf die ursprünglichen Dimensionen zuläßt, die nach der Wegnahme des Druckes oder der Kraft wiederhergestellt werden, wobei die Wiederherstellung in weniger als einer Stunde bei Standardraumtemperatur von 25ºC erfolgt. Somit wird eine elektrische Wiederholungsreaktion wie z. B. eine Änderung des spezifischen Widerstandes nach der Wegnahme von Druck oder Kraft in kurzen Zeitperioden von vorzugsweise weniger als 10 Sekunden wiederhergestellt. Es sind aber auch Perioden von einer Stunde oder mehr für die Wiederherstellung der ursprünglichen elektrischen Reaktion möglich.

Die Farbe selbst ist vorzugsweise als Kolloidsystem ausgebildet, bei dem das Polymerbindemittel und die Partikel Partikelgrößen im Bereich von 1-1.000 Nanometern haben. Die Partikel sind vorzugsweise homogen in dem Kolloidsystem vermischt.

Die verwendeten Partikel sind vorzugsweise halbleitende Partikel und stärker bevorzugt Kohlenstoffpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 1 bis 1.000 Nanometern, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 15- 45 Nanometern, mit Partikeloberflächen im Bereich von 25-560 Quadratmetern/Gramm und vorzugsweise 240-265 Quadratmetern/Gramm, mit Dichten im Bereich von vorzugsweise 288 - 96 kg/m³ (18-6 lbs/Kubikfuß) und bevorzugter 96-112 kg/m³ (6-7 lbs/Kubikfuß). Die Nanopartikel werden vorzugsweise in einer Menge von 1-7 Gew.-% der Kombination aus Polymerbindemittel und Partikel eingesetzt, wobei es sich um das verfestigte Material handelt, das als Arbeitskomponente einer druckempfindlichen Vorrichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise werden alle Partikel gleichförmig durch das Polymerbindemittel verteilt und sind Nanopartikel; es kann zwar in einigen Fällen eine geringe Menge an größeren Partikeln verwendet werden, wie z. B. bis zu 2 Gew.-%, doch können diese in einigen Fällen möglicherweise die Gleichförmigkeit der elektrischen Reaktion beeinträchtigen.

Wenn halbleitende Partikel zum Einsatz kommen, dann sind vorzugsweise nicht mehr als 0,1% davon größer als 1.000 Nanometer. Halbleitende Partikel haben vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von 10² bis 10&sup7; Ohm-Zentimeter.

In der vorliegenden Erfindung nützliche Partikel sind unter anderem halbleitende Partikel wie solche aus Antimon, Silicium, Magnetit, Graphit, Molybdän, Kohlenstoff, Sulfid, Karborund, Bleisulfid, Eisensulfid, Verbindungen von Eisen mit Kohlenstoff, Phosphor und anderen. Es können Nanopartikel aus Füllstoffen oder Modifikatoren der physikalischen Charakteristiken wie z. B. Silika, Talk, Benton und dergleichen zum Einsatz kommen.

Die durchschnittlichen Partikelgrößen können im Bereich von 13-75 Nanometern liegen, am meisten bevorzugt werden 15-45 Nanometer.

Halbleitende Carbon-Blacks werden für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Solche Carbon-Blacks sind von Cabot Corp. aus Billerica, MA und Degussa Corp. aus Ridgefield Park, NJ erhältlich. Solche Kohlenstoffpartikel werden aufgrund ihrer halbleitenden Eigenschaften bevorzugt. Sie können in relativ kostengünstigen Formen erstanden werden, die auf dem Markt überlicherweise für andere Zwecke verkauft werden. Der Grad, zu dem Carbon-Black ein ohmsches Polymer elektrisch leitend macht, wird von seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie vom Gehalt beeinflußt. Elektronenfluß durch ein Carbon-Black/Polymer-Komposit wird dann erzielt, wenn das Carbon-Black ein leitendes Netzwerk innerhalb des Polymers bildet. In der Theorie kommt es zu Elektronenfluß, wenn die Kohlenstoffpartikel miteinander in Kontakt oder durch sehr geringe Abstände voneinander getrennt sind. Im letzteren Fall durchlaufen Elektronen tunnelartig das ohmsche Polymer von Partikel zu Partikel oder von Aggregat zu Aggregat. Je mehr Partikel sich in Kontakt befinden oder eng genug für eine Tunnelung beieinander liegen, desto größer ist die elektrische Leitfähigkeit des Komposits. Oberfläche und Struktur charakterisieren die physikalischen Eigenschaften des Primärpartikels und beeinflussen den Grad an Leitfähigkeit, der von dem Carbon-Black verliehen wird. In der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß Kohlenstoffpartikel, wie zuvor beschrieben, in äußerst geringen Mengen von 1-7 Gew.-% Kohlenstoffpartikel und Bindemittel verwendet werden können, und in der Tat sind Kohlenstoffpartikelmengen im Bereich von 2,85 bis 3,5 Gew.-% für viele Druckmeßwertwandleranwendungen nützlich. Das Niveau an Kohlenstoffgehalt in trockenen Filmen, die durch Trocknen und/oder Härten von Kolloidsystemen erzeugt werden, führt häufig zu einem Film oder einer Schicht, der/die normalerweise nicht als leitend oder halbleitend angesehen wird, bevor Druck oder Kraft darauf aufgebracht wird. Der spezifische Widerstand eines verfestigten oder trockenen Films der bevorzugten Polymerfarben der vorliegenden Erfindung liegt im spezifischen Widerstandsbereich von 10² bis 10&sup7; Ohm-Zentimeter. Die Kraftempfindlichkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 0, 044 bis 132.000 MikroSiemens/kg (0,02 bis 60.000 MikroSiemens/lb), die Messung von Druck und Bezugnahmen auf Druck, wie hierin geschehen, können auch die Messung von Kraft beinhalten.

Geeignete organische Lösungsmittel für die Polymerbindemittel sind unter anderem Ketone wie z. B. Methylethylketon, Glykolether, Glykol-Ethylester wie z. B. Butylcellosolacetat und Dipropylenglykolmonomethyl. Der Polymeranteil in Gewichtsprozent von verwendeten Lösungen liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 40%, stärker bevorzugt werden 25 bis 35%.

Kolloidsysteme der druckempfindlichen Farben der vorliegenden Erfindung können auf konventionelle Weise hergestellt werden. Vorzugsweise wird Lösungsmittel mit dem gewählten Polymerbindemittel gemischt, wonach der Füllstoff von Nanopartikeln in dem Bindemittel durch herkömmliches Mischen dispergiert werden kann, bis ein Kolloidsystem entsteht. Ein auf diese Weise hergestelltes anfängliches Kolloidsystem kann als Masterbatch fungieren, in den zusätzliches Bindemittel und/oder Partikel eingemischt werden, um eine Farbe mit einer gewünschten Selektivität nach Bedarf von dem Masterbatch zu erzielen.

Das Kolloidsystem der Farbe kann zu verfestigten Komponenten einer druckempfindlichen Vorrichtung durch konventionelles Trocknen und/oder Härten ausgebildet werden. Die Farben können siebgedruckt, mit einem Rakel aufgetragen, aufgesprüht, strahlgedruckt oder auf andere konventionelle Weisen auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Sie können als dünne Farbschicht in einem vorbestimmten Muster auf eine gewählte Oberfläche aufgebracht und dann getrocknet oder gehärtet werden. Es werden vorzugsweise Farbschichten von etwa 0,00381 bis 0,00899 mm (0,00015 bis 0,00035 Zoll) getrockneter Dicke zur Verwendung in druckempfindlichen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, es können aber auch dickere Schichten zum Einsatz kommen. Je nach der Vorrichtung können eine oder mehrere Schichten verwendet werden. In einigen Fällen können die Schichten geformt werden. Es wird zwar die Verwendung dünnere Schichten bevorzugt, doch bezieht sich der in der vorliegenden Anwendung verwendete Begriff "Schicht" auch auf Formen wie Zylinder, Rechtecke, Quadrate oder andere Formen, die möglicherweise für eine bestimmte Anwendung benötigt werden.

Das Trocknen erfolgt vorzugsweise unmittelbar oberhalb der Verdunstungstemperatur des Lösungsmittels über einen Zeitraum, der notwendig ist, um das Lösungsmittel zu entfernen und die Schicht zu verfestigen. In einigen Fällen kann auch die Trocknungswärme eine Härtungswirkung ergeben.

Bei vielen der Polymermaterialien brauchen keine Härtungsmittel verwendet zu werden, dies ist allerdings je nach dem verwendeten Material unterschiedlich.

Nützliche Beispiele für bevorzugte Ausgestaltungen von druckempfindlichen Farben gemäß der vorliegenden Erfindung sind unter anderem die folgenden:

1. Beispiel

Ein Batch an organischem Polymerbindemittel, das als dielektrische Komponente (A) einer druckempfindlichen Farbe wirkt, wird aus einer Polyesterharzlösung (58% Polyester) hergestellt, die von KC Coatings Inc. aus Lenexa, Kansas unter der Bezeichnung 9627 Mix and Overprint Clear erhältlich ist. Ein Teil der Komponente (A) wird als Masterbatch für das spätere Vermischen mit der Komponente (B) aufbewahrt, um eine gewünschte Farbe mit einer gewünschten Empfindlichkeit herzustellen, die wenigstens teilweise durch die Menge an enthaltenen halbleitenden Partikeln bestimmt wird.

Ein Batch der halbleitenden Komponente (B) einer druckempfindlichen ohmschen Farbe wird dann durch Dispergieren mit Hilfe eines Laboratory Dispersator Modell 90 (Premier Corp. aus Reading, PA) eines halbleitenden Carbon-Black-Pulvers in einer Menge von 12 Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen einer Menge Polyesterharzlösung (A) gebildet, um ein homogenes Kolloidsystem zu erhalten. Das Carbon-Black wird von Degussa Corp. aus Ridgefield Park, NJ erhalten und hat eine durchschnittliche Partikelgröße von 18 Nanometern mit einer Oberfläche von 265 m²/Gramm. Somit wird Komponente (B) aus Komponente (A) mit halbleitenden Partikeln hergestellt.

Druckempfindliche Farbe kann mit selektiver Empfindlichkeit mit den Komponenten (B) und (A) gebildet werden, die wie oben hergestellt und in einem StedFast Stirrer zur Bildung eines zweiten Kolloidsystems vermischt werden. Das zweite Kolloidsystem wird als druckempfindliche Schicht aufgebracht, indem eine gleichförmige Schicht von 0,01016 bis 0,01524 mm (0,0004-0,0006 Zoll) auf eine Oberfläche aufgebracht und dann 2-3 Minuten lang bei 60-71ºC (140-160ºF) in einem Ofen Modell DC, Blue M getrocknet und gehärtet wird, der von General Signal aus Millis, MA erhalten wurde. So wird beispielsweise (B) mit (A) zu 100 Gewichtsteilen (A) und 36 Gewichtsteilen (B) vermischt, bei einem Kohlenstoffgehalt von 3,18 Gew.-%.

2. Beispiel

Ein Batch an Polymerbindemittel, das als dielektrische Komponente (A) einer druckempfindlichen Farbe wirkt, wird ausgebildet, indem zunächst eine Lösung aus 28 Gew.-% Polyesterharz, das von Morton International, Inc. aus Chicago, IL unter der Handelsbezeichnung Mor-Ester 49002 geliefert wird, in 72 Gew-.% N-Methyl-2-Pyrrolidon von GAF Chemical Corp. aus Wayne, NJ als M-PYROL hergestellt wird.

Die 28%ige Lösung aus Polyesterharz in M-PYROL Lösungsmittel wird durch Rühren in einem StedFast Stirrer Modell SL300 (Fisher Scientific) bei -23ºC bis -26,7ºC (75º-80ºF) erhalten, bis sich eine klare Lösung gebildet hat.

Ein Batch einer halbleitenden Komponente (B) einer druckempfindlichen ohmschen Farbe wird dann hergestellt, indem mit Hilfe eines Laboratory Dispersator Modell 90 (Premier Corp. aus Reading, PA) ein halbleitendes Carbon-Black-Pulver in einer Menge von 12 Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen Polyesterharzlösung (A) dispergiert wird, um ein homogenes Kolloidsystem aus Komponente (A) und halbleitenden Partikeln zu erhalten. Das Carbon-Black ist von Degussa Corp. aus Ridgefield Park, NJ erhältlich und hat eine durchschnittliche Partikelgröße von 18 Nanometern mit einer Oberfläche von 265 m²/Gramm.

Druckempfindliche Farbe kann mit selektiver Empfindlichkeit mit den Komponenten (B) und (A) gebildet werden, die wie oben hergestellt, vermischt und dann als druckempfindliche Komponente aufgebracht werden, indem eine gleichförmige Schicht von 0,01016-0,01524 mm (0,0004-0,0006 Zoll) auf eine Oberfläche aufgebracht und dann 2-3 Minuten lang bei 115-126,7ºC (240- 260ºF) in einem Ofen Modell DC, Blue M getrocknet und gehärtet wird, der von General Signal aus Millis, MA erhältlich ist.

3. Beispiel

Ein Batch aus Polymerharzkomponente (A) einer druckempfindlichen Farbe wird als Kolloidsystem hergestellt, indem eine Kolloidgüte aus pyrogener Silika von Cabot Corp, aus Tuscola, IL in einer Menge von 2 Gew.-% mit formulierter Copolyesterharzlösung von Morton International, Inc. aus Chicago, Illinois unter der Bezeichnung ADCOTE 89RIT, 94 Gew.-%, und Ethylenglykolmonomethyletheracetat von Union Carbide unter der Bezeichnung Methylcellosolveacetat in einer Menge von 4 Gew.-% dispergiert wird.

Ein Batch der halbleitenden Komponente (B) einer druckempfindlichen ohmschen Farbe wird als homogenes Kolloidsystem hergestellt, indem eine halbleitende Güte von Carbon-Black-Pulver (10 Gewichtsteile und 100 Gewichtsteile einer Harzlösung)[*2] dispergiert wird in:

der formulierten Copolyesterharzlösung, 68 Gew.-%;

Epoxidharz D. E. R. 661 (Dow Chemical Company), 1,5 Gew.-%;

methylierter Melaminformaldehydharzlösung Resimene 717 (von Monsanto Chemical Company) aus St. Louis, MO, 5 Gew.-%;

Ethylenglykolmonomethyletheracetat von Union Carbide, 25 Gew.-%; und

Butyrolaceton von GAF Chemical Corp., 5 Gew.-%.

Die Harzlösung wird hergestellt, indem die obigen Ingredienzen bei 23,9-32ºC (75-90ºF) mechanisch in einem StedFast Stirrer Modell SL300 von Fisher Scientific gerührt werden, bis sich eine Lösung bildet.

Carbon-Black von Degussa Corp., das durch eine durchschnittliche Partikelgröße von 13 Nanometern mit einer Oberfläche von 1.000 m²/Gramm gekennzeichnet ist, wird in die Mischung eingebracht.

Die resultierende druckempfindliche Farbe mit gewählter Empfindlichkeit (B) und (A) [*3], vermischt wie oben beschrieben, wird als druckempfindliche Komponente (in einer Schicht oder einem Überzug von 0,01016-0,1524[*4] mm (0,0004-0,0006 Zoll) aufgebracht und 5-6 Minuten lang bei einer Temperatur von 71- 82ºC (160-180ºF) in einem Ofen Modell DC, Blue M von General Signal aus Millis, MA getrocknet und gehärtet.

4. Beispiel

Ein Batch der dielektrischen Komponente (A) der druckempfindlichen Farbe wird als Lösung bestehend aus 29 Gew.-% Polyhydroxyetherharz von Union Carbide aus Danbury, CT unter der Handelsbezeichnung PKHH, und UCAR® Phenoxyharz in Ethylenglykolmonobutyletheracetat (Union Carbide), 71 Gew.-%, hergestellt.

Der Batch wird hergestellt, indem die obigen Ingredienzen bei 49-52ºC (120-125ºF) mechanisch in einem StedFast Stirrer Modell SL3 00, Fisher Scientific verrührt werden, bis eine klare Lösung entsteht.

Ein Batch der halbleitenden Komponente (B) der druckempfindlichen ohmschen Farbe wurde als homogenes Kolloidsystem ausgebildet, indem eine halbleitende Güte des Carbon-Black-Pulvers, 13,6 Gewichtsteile, in 100 Gewichtsteilen der obigen Harzlösung (A) dispergiert wurden (Laboratory Dispersator Modell 90, s Premier Corp., Reading, PA), um ein homogenes Kolloidsystem zu erhalten. Das Carbon-Black ist durch eine durchschnittliche Partikelgröße von 30 Nanometern mit einer Oberfläche von 265 m²/Gramm gekennzeichnet und von Cabot Corp. aus Billerica, MA unter der Handelsbezeichnung Vulcan 72XC erhältlich.

Druckempfindliche Farbe mit gewählter Empfindlichkeit wird mit (B) und (A) hergestellt, die in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen vermischt und als eine druckempfindliche Komponente (eine Schicht oder ein Überzug aus 0,01016-0,01524 mm (0,0004-0,0006 Zoll)) aufgebracht werden, die 3-4 Minuten lang bei 118-129ºC (245-265ºF) getrocknet/gehärtet wird (Ofen Modell DC, Blue M General Signal). Es wurden die in Tabelle 1 gezeigten Werte erhalten.

5. Beispiel

Ein Batch der dielektrischen Komponente (A) der druckempfindlichen Farbe wird als Lösung bestehend aus 29 Gew.-% Polyhydroxyetherharz (Union Carbide) in Ethylenglykolmonobutyletheracetat (Union Carbide), 71 Gew.-%, hergestellt.

Der Batch wird hergestellt, indem die obigen Ingredienzen bei 49-52ºC (120-125ºF) mechanisch mit einem StedFast Stirrer Modell SL300, Fisher Scientific verrührt werden, bis eine klare Lösung entsteht.

Ein Batch der halbleitenden Komponente (B) der druckempfindlichen ohmschen Farbe wurde als homogenes Kolloidsystem ausgebildet, indem eine halbleitende Güte des Carbon-Black, 11 Gewichtsteile, dispergiert wurde in 100 Gewichtsteilen in der obigen Harzlösung aus Polyhydroxyetherharzlösung, die die obige dielektrische Komponente (A) ist, 93 Gew.-%, Epoxidharz D. E. R. 661 (Dow Chemical Co.), 1,5 Gew.-%, methylierter Melamin- Formaldehydharzlösung Resimene 717 (Monsanto Chemical Co.), 0,5 Gew.-%, Ethylenglykolmonomethyletheracetat (Union Carbide), 25 Gew.-%, Butyrolaceton (GAF Chemical Corp), 5 Gew.-%, (StedFast Stirrer Modell SL300, Fisher Scientific).[*5]

Das verwendete Carbon-Black ist gekennzeichnet durch eine durchschnittliche Partikelgröße von 16 nm mit einer Oberfläche von 343 m²/Gramm.

Druckempfindliche Farbe einer gewünschten gewählten Empfindlichkeit wird hergestellt, indem (B) und (A) mit der resultierenden Lösung vermischt und als druckempfindliche Komponente (eine Schicht oder ein Überzug von 0,01016-0,01524 mm (0,0004-0,0006 Zoll) aufgebracht werden, die 5-6 Minuten lang bei 118-129ºC (245-265ºF) getrocknet/gehärtet wird (Ofen Modell DC, Blue M General Signal).

Die Farben der obigen Beispiele können miteinander kompoundiert werden, um gewünschte Empfindlichkeitsniveaus oder verschiedene elektrische Ausgänge als Reaktion auf variierende Druck- oder Kraftwerte zu erhalten, die über eine ordnungsgemäß gehärtete Schicht oder ein solches Laminat aufgebracht werden. Sie können in verschiedenen berührungs- oder druckempfindlichen Vorrichtungen der Art zum Einsatz kommen, die beispielsweise in den US-Patenten 4,856,993 und 5,033,291 beschrieben wird.

In Tabelle 1 unten wird die elektrische Reaktion solcher mit der Farbe von Beispiel 4 hergestellten Vorrichtungen durch das Verhältnis von Komponente (B) zu Komponente (A) oder die Menge der halbleitenden Ingredienz in dem (A+B) Kolloidsystem definiert. Eine geeignete Empfindlichkeit oder ein geeigneter Ausgang wird dargestellt als ein Inkrement des Wirkleitwertes in bezug auf die aufgebrachte Kraft, MikroSiemens/kg (mS/kg) (MikroSiemens/lb (mS/lb)); auch die durchschnittlichen typischen spezifischen Volumenwiderstände (kohm-cm) der ordnungsgemäß gehärteten Kolloidmischungen ohne aufgebrachte(n) Kraft oder Druck als elektrische Charakteristik der ohmschen Farbe sind dargestellt (siehe Tabelle 1).

TABELLE 1

6. Beispiel

In einem Beispiel zur Herstellung einer Knopfkontaktzelle oder einer Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Farbe von Beispiel 4 in Verbindung mit der Vorrichtung 20 gemäß den Fig. 2 und 3 verwendet. In diesem Fall wird ein doppelschichtiger Film 21 aus Mylar, einem Warenzeichenprodukt von DuPont Corp. aus Wilmington, DE, hergestellt, die eine Dicke von 0,0254 mm (0,001 Zoll) und eine rechteckige Dimension von 38,1 · 127 mm (1,5 · 5 Zoll) hat. Die Kontakte 22 und 24 werden aus einer leitenden Farbe aus einem Polymer aufgebracht, das mit 64 Gew.-% Silberpartikeln gefüllt ist, so daß sich ein spezifischer Widerstand von 0,0005 Ohm-Zentimetern ergibt, erhalten von Acheson aus Port Huron, MI. Die Schichten 10 werden jeweils wie in Beispiel 4 beschrieben aufgebracht und haben einen Durchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) und eine Dicke von 0,01043 mm (0,00045 Zoll), bei einem spezifischen Widerstand von 96 Kohm-Zentimeter bei 25ºC in der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration. Der Knopfkontakt der vorliegenden Erfindung zeigt die Charakteristiken der Fig. 4, 5, 6 und 7, in denen gute Empfindlichkeit, gute Wiederherstellung, d. h. Hysteresewiederherstellung, gezeigt werden, die Stabilität und Wiederholbarkeit anzeigen. In den Kurven der Fig. 4,5 und 6 beinhaltet das Testverfahren das Aufbringen eines Maximaldrucks von 2523 kPa (366 psi (F = 31 kPa (4, 5 psi) an der Fläche von 0,312 mm² (0,0123 Quadratzoll), ohne sich ändernden Lade-/Entladebereich im Temperaturbereich von 23,8-85ºC (75- 185ºF). Die Zahl der Lade-/Entladezyklen bei jedem Temperaturschritt von 10ºF ist gleich 5. Es erfolgt keine Entspannung zwischen Zyklen, und die Verzögerung zwischen Zyklen beträgt 2 Sekunden, wobei die Verzögerung bei jedem Schritt 3 Sekunden beträgt.

Die Farben der vorliegenden Erfindung erzielen nach dem Trocknen äußert hohe Niveaus an sensorfunktionellen Eigenschaften, wie gewünschte Wiederholbarkeit, Hysterese, Linearität, Drift und Empfindlichkeit, die in einigen Fällen zuweilen besser sein können als bei einigen Sensoren, die bisher in der Technik bekannt waren. Der Einsatz des Phenoxyharzes mit Nanopartikeln aus Carbon-Black in einem Kolloidsystem ist als herausragende druckempfindliche Farbe für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung besonders nützlich. Restlösungsmittel können in den Polymerbindemitteln der vorliegenden Erfindung niedrig sein, mit wenig extrahierbaren Stoffen, die zur Änderung der Charakteristiken von druckempfindlichen Vorrichtungen im Laufe der Zeit führen könnten. Eine radikale Chemikalienhärtung, die Schrumpfung verursachen oder Spannungen induzieren könnte, kann durch die richtige Wahl von Materialien vermieden werden.

Es wurden zwar spezifische Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben, für die Fachperson sollte es jedoch verständlich sein, daß die obengenannten und weitere Änderungen im Hinblick auf Form und Detail in der offenbarten Erfindung, in Anwendungsverfahren und in verbesserten Produkten möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. So wird zwar ein Herstellungsverfahren mit zwei Komponenten, d. h. (A) und (B), für die Farben der vorliegenden Erfindung bevorzugt, doch können die Farben auch durch die Ausbildung einer einzigen, endgültigen, gewünschten Farbe hergestellt werden, indem einfach ein Kolloidsystem aus halbleitenden Partikeln direkt in einem Polymerbindemittel in der endgültigen gewünschten Proportion hergestellt wird.


Anspruch[de]

1. Druckempfindliche Farbe mit ausgewählter Druckempfindlichkeit, die für die Verwendung als druckempfindliche Komponente einer druckempfindlichen Vorrichtung vorgesehen ist,

wobei die genannte druckempfindliche Farbe ein elastisches Polymerbindemittel und einen Füllstoff dafür aus halbleitenden Nanopartikeln aufweist, die in dem genannten Bindemittel dispergiert sind,

wobei die genannten Partikel eine Größe zischen 1 und 1.000 Nanometern haben.

2. Druckempfindliche Farbe nach Anspruch 1, wobei die genannte Farbe, wenn in einer Schicht einer druckempfindlichen Vorrichtung verfestigt, einen spezifischen Widerstand von etwa 10²-10&sup7; Ohm-cm und eine Empfindlichkeit von etwa 0,44 bis 132.000 Mikro-Siemens/kg (0,2 bis 60.000 Mikro-Siemens/lb) aufweist, wobei die genannten Partikel zwischen etwa 1 und etwa 7 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen.

3. Farbe nach Anspruch 1 oder 2, bei der die genannten Partikel Kohlenstoffpartikel sind.

4. Farbe nach Anspruch 3, wobei die genannte Farbe ein Lösungsmittel für das genannte Polymerbindemittel umfaßt, wobei das genannte Lösungsmittel, das Bindemittel und die Kohlenstoffpartikel ein Kolloidsystem aus Polymerbindemittel und Partikeln bilden, wobei das Bindemittel und die Partikel eine Partikelgröße zwischen etwa 1 und etwa 1.000 Nanometern aufweisen.

5. Farbe nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das genannte Polymer ein Thermoplast-Copolymer aus Bisphenol A

und Epichlorhydrin der folgenden Strukturformel ist:

-[OC&sub6;H&sub4;C(CH&sub3;)&sub2;C&sub6;H&sub4;OCH&sub2;CH(OH)CH&sub2;]n - wobei n = n < 100.

6. Farbe nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das genannte Polymer ein Phenoxyharz mit der folgenden Formel ist:

(n = n < 100)

7. Verfahren zum Bestimmen der auf eine druckempfindliche Vorrichtung aufgebrachten Kraft, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellen von wenigstens einer Schicht aus einer verfestigten druckempfindlichen Farbe, die wenigstens einen Teil der genannten Vorrichtung bildet, wobei die genannte Farbe ein Polymerbindemittel und Nanopartikel umfaßt, die in dem genannten Bindemittel dispergiert sind, wobei die genannten Nanopartikel eine Partikelgröße zwischen 1 und 1.000 Nanometern aufweisen, wobei die genannte Schicht eine Empfindlichkeit zwischen etwa 0,44 und 132.000 Mikro-Siemens/kg (0,2 bis 60.000 Mikro-Siemens/lb) hat und die genannten Nanopartikel zwischen etwa 1 und etwa 7 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen,

und Aufbringen einer Kraft auf den genannten Teil der genannten Vorrichtung und Bestimmen des Widerstandes in dem genannten Teil, so daß die genannte Kraft bestimmt werden kann.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die genannten Partikel gleichmäßig verteilte Kohlenstoffpartikel sind und das genannte Polymer elastisch ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die genannten Kohlenstoffpartikel zwischen 1 und 7 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die genannte verfestigte Farbe aus einem Kolloidsystem aus dem genannten Bindemittel und den genannten Partikeln besteht, wobei das genannte Bindemittel und die Partikel eine Partikelgröße zwischen etwa 1 und 1.000 Nanometern aufweisen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das genannte Polymer ein Phenoxypolymer ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem das genannte Polymerbindemittel ein Phenoxypolymer mit der folgenden Formel ist:

(n = n < 100)

13. Druckempfindliche Vorrichtung für den Erhalt einer Variation im elektrischen Widerstand mit einer Variation im auf die genannte Vorrichtung aufgebrachten Druck, wobei die genannte Vorrichtung eine druckempfindliche Komponente, die zwischen Punkten verläuft, zur Messung des Widerstands durch die genannte druckempfindliche Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte druckempfindliche Komponente wenigstens eine Schicht aus verfestigter druckempfindlicher Farbe umfaßt, die wenigstens einen Teil der genannten Vorrichtung bildet, und

die genannte Farbe ein Polymerbindemittel und Nanopartikel umfaßt, die in dem genannten Bindemittel dispergiert sind, wobei die genannten Nanopartikel eine Partikelgröße von etwa 1 bis 1.000 Nanometer haben, wobei die genannte Schicht eine Empfindlichkeit von etwa 0,44 bis 132.000 Mikro-Siemens/kg (0,2 bis 60.000 Mikro-Siemens/lb) aufweist und die genannten Nanopartikel etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die genannten Partikel gleichmäßig verteilte Kohlenstoffpartikel sind und das genannte Bindemittel elastisch ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei der die genannten Partikel halbleitende Partikel sind, die 1 bis 7 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die genannte druckempfindliche Komponente einen spezifischen Widerstand von 10² bis 10&sup7; Ohm-cm hat.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der der genannte Polymerharz ein Phenoxyharz ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die genannte druckempfindliche Komponente aus zwei sich berührenden Schichten der genannten Farbe besteht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die genannten Schichten jeweils eine Dicke zwischen 0,0127 und 1,27 mm (0,00005 und 0,05 Zoll) haben.

20. Verfahren zur Verwendung einer verfestigten Farbe in einer elektrischen Vorrichtung, um einen elektrischen Ausgangswiderstand zu erhalten, der eine auf die genannte Vorrichtung aufgebrachte Kraft bestimmt,

wobei das genannte Verfahren folgendes umfaßt: die genannte Vorrichtung, die wenigstens eine Schicht aus einer verfestigten druckempfindlichen Farbe aufweist, die wenigstens einen Teil der genannten Vorrichtung bildet, wobei die genannte Farbe ein Polymerbindemittel und Nanopartikel umfaßt, die in dem genannten Bindemittel dispergiert sind, wobei die Nanopartikel eine Partikelgröße zwischen 1 und 1.000 Nanometer haben, wobei die genannte Schicht eine Empfindlichkeit zwischen etwa 0,44 und 132.000 Mikro-Siemens/kg (0,2 bis 60.000 Mikro-Siemens/lb) aufweist 20 und die genannten Nanopartikel zwischen etwa 1 und etwa 7 Gew.-% der genannten Farbe ausmachen.







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