JP6579958B2 - 複合導電性粒子、それを含む導電性樹脂組成物および導電性塗布物 - Google Patents
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Description
また、本発明は、上記の複合導電性粒子を導電材として含む導電性樹脂組成物、および該導電性樹脂組成物により形成された塗膜を基体上に有する導電性塗布物にも係わる。
図1を参照し、本実施の形態に係る複合導電性粒子1は、0.1μm以上50μm以下の粒子径d1を有する第1導電性粒子10と、第1導電性粒子10の表面に付着する、50nm以上1000nm以下の粒子径d2を有する第2導電性粒子20とを備える。第1導電性粒子10は、第1粒子11と、第1粒子11の表面を被覆する第1金属被膜12とからなり、第2導電性粒子20は、第2粒子21と、第2粒子21の表面を被覆する第2金属被膜22とからなる。また、第1導電性粒子10の粒子径d1は、第2導電性粒子20の粒子径d2よりも大きく、第2導電性粒子20の第1導電性粒子10に対する付着率は2%以上40%以下である。なお、本発明の導電性粒子は、不可避不純物を含んでいてもよく、また、本発明の効果を発揮する限り、他の任意の成分を含んでいてもよい。
まず、付着率について説明する。複合導電性粒子1の付着率(第2導電性粒子20の第1導電性粒子10に対する付着率)は次の方法により算出することができる。すなわち、走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)を用いて、複合導電性粒子1の電子画像を得る。電子画像において、粒子径d1を有する1つの粒子(第1導電性粒子10)の表面に、粒子径d2(ただし、d1>d2)を有する複数の粒子(第2導電性粒子20)が付着している構造を示すものが、複合導電性粒子1に該当する。
付着率(%)=S2/(S1+S2)×100・・・(1)。
図1に戻り、第1導電性粒子10および第2導電性粒子20の形状は特に制限されず、球状、粒状、円盤状、柱状、立方体、直方体、板状、針状、繊維状、フィラー状、樹枝状などの各形状を有することができる。製造方法上、第1粒子11および第2粒子21の各形状は、第1導電性粒子10および第2導電性粒子20の各形状に引き継がれる。なお、本明細書において、球状とは、数学的な球形を意図するものではなく、一見して球形と判断できる程度のものをいう。
第1導電性粒子10のコアを構成する第1粒子11、および第2導電性粒子20のコアを構成する第2粒子21の材料は特に制限されず、アルミニウム、銅、ニッケル、錫などの金属、シリカ、ガラス、アルミナ、セラミックスなどの種々の無機物、樹脂などの有機物を用いることができる。ただし、第1粒子11の材料と第2粒子21とは同じ材料からなる。これは、後述する製造方法に起因する。
第1導電性粒子10を被覆する第1金属被膜12、および第2導電性粒子20を被覆する第2金属被膜22の材料は特に制限されず、公知の金属を用いることができる。ただし、第1金属被膜12の材料と第2金属被膜22の材料とは同じである。これは、後述する製造方法に起因する。なかでも、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、錫(Sn)およびこれらの合金は特に高い導電性を有するため、第1金属被膜12および第2金属被膜22は、銀、金、銅、ニッケル、白金、錫およびこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種からなることが好ましい。また、第1金属被膜12および第2金属被膜22は、各々1層の金属層で構成されてもよく、同種の金属または異種の金属からなる複数層で構成されてもよい。また、金属の導電性を大きく阻害せず、本発明の効果を奏する限り、第1金属被膜および第2金属被膜には、リン(P)、ホウ素(B)、炭素(C)および硫黄(S)等の非金属が含まれていてもよい。
複合導電性粒子1は、その表面を被覆する保護層を備えていてもよい(不図示)。当該保護層は脂肪酸または脂肪酸塩などの表面処理剤により形成することができる。複合導電性粒子1がその表面に保護層を備えることによって耐熱性が向上し、これにより導電性が維持される。なお、保護層は、複合導電性粒子1の表面の全体を被覆していることが好ましいが、これに限られず、複合導電性粒子1の一部を被覆している構成であってもよい。この保護層は、複合導電性粒子を導電性樹脂組成物に配合した際に、複合導電性粒子の分散剤や潤滑剤としての機能も果たす。
複合導電性粒子1の製造方法について説明する。まず、第1粒子11および第2粒子21の材料となる粉末を準備する。粉末としては、金属粉末、樹脂粉末、およびシリカ粉末などの無機物の粒子からなる粉末などが挙げられる。用いられる粉末の形状は特に制限されず、球状、粒状、板状、針状、繊維状、フィラー状、樹枝状などの各形状のものを用いることができるが、後述するめっき処理液中における分散性の高さから、球状であることが好ましい。なお、第1粒子11および第2粒子21の材料の形状が球状である場合、製造される複合導電性粒子1を構成する第1導電性粒子10および第2導電性粒子20もまた球状となる。
本実施の形態に係る複合導電性粒子1によれば、高い導電性と高い充填性とを有することができる。複合導電性粒子1が高い導電性と高い充填性との両特性を有することのできる理由は次のように考えられる。
本実施の形態に係る導電性樹脂組成物は、上述の複合導電性粒子1を導電材として含むことを特徴とする。複合導電性粒子1は、上述のように、高い導電性と高い充填性を有するものであり、これを導電材として含む導電性樹脂組成物は、上述の複合導電性粒子1の効果を引き継ぐことができる。すなわち、本発明の導電性組成物によれば、高い導電性を有する複合導電性粒子1を含むとともに、導電性樹脂組成物中において、複合導電性粒子1を高密度で充填させることができる。したがって、導電性の高い導電性樹脂組成物を提供することができる。
本実施の形態に係る導電性塗布物は、上記導電性樹脂組成物により形成された塗膜を基体上に有する塗布物である。したがって、この導電性塗布物は、高い導電性を備えたものとなる。
以下のようにして、実施例1に係る導電性粉末(複合導導電性粒子)を作製した。まず、第1粒子および第2粒子の材料として、シリカ粉末(商品名:「アドマファインSO−C6」、株式会社アドマテックス製)を準備した。なお、この粉末の特性は以下の通りであった。
比表面積:35922cm2/cm3
D10:0.69μm
D50:1.83μm。
水溶液1:硝酸銀6.75gと25%アンモニア水30mLをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液
水溶液2:水酸化ナトリウム2.7gをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液
水溶液3:ぶどう糖40.5gをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液。
以下のようにして、実施例2に係る導電性粉末(複合導電性粒子)を作製した。まず、第1粒子および第2粒子の材料として、シリカ粉末(商品名:「アドマファインSO−C6」、株式会社アドマテックス製)を準備した。
水溶液1:硝酸銀1.75gと25%アンモニア水8mLをイオン交換水50mLに溶解させた水溶液
水溶液2:水酸化ナトリウム0.7gをイオン交換水50mLに溶解させた水溶液
水溶液3:ぶどう糖10.5gをイオン交換水50mLに溶解させた水溶液。
以下のようにして実施例3に係る導電性粉末(複合導電性粒子)を作製した。まず、第1粒子および第2粒子の材料として、シリカ粉末(商品名:「アドマファインSO−C6」、株式会社アドマテックス製)を準備した。
水溶液1:硝酸銀3.9gと25%アンモニア水18mLをイオン交換水110mLに溶解させた水溶液
水溶液2:水酸化ナトリウム1.5gをイオン交換水110mLに溶解させた水溶液
水溶液3:ぶどう糖23.6gをイオン交換水110mLに溶解させた水溶液。
以下のようにして実施例4に係る導電性粉末(複合導電性粒子)を作製した。まず、第1粒子および第2粒子の材料として、シリカ粉末(商品名:「アドマファインSO−C6」、株式会社アドマテックス製)を準備した。
水溶液1:硝酸銀10.5gと25%アンモニア水47mLをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液
水溶液2:水酸化ナトリウム4.2gをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液
水溶液3:ぶどう糖63gをイオン交換水300mLに溶解させた水溶液。
以下のようにして実施例5に係る導電性粉末(複合導電性粒子)を作製した。まず、第1粒子および第2粒子の材料として、株式会社アドマテックス製シリカ粉末を準備した。なお、この粉末の特性は以下の通りであった。
比表面積:7577cm2/cm3
D10:8.55μm
D50:16.24μm。
水溶液1:硫酸ニッケル14gをイオン交換水30mlに溶解させた水溶液
水溶液2:次亜リン酸ナトリウム3.1gをイオン交換水30mlに溶解させた水溶液
水溶液3:コハク酸ナトリウム3.0gをイオン交換水100mlに溶解させた水溶液。
めっき処理における翼周速度を20m/secとした以外は、実施例1と同様の方法を実施した。これにより、比較例1に係る導電性粉末を作製した。なお、この導電性粉末の色調は灰色であった。
実施例1および比較例1の各導電性粉末に関し、SEM観察を行った。具体的には、まず、カーボンテープ上に各導電性粉末を分散させた各試料を準備した。次に、走査型電子顕微鏡(製品名:「VE−7800」、株式会社キーエンス製)を用いて、加速電圧20kV、測定倍率5000倍の条件下で、各試料の反射電子像(電子画像)を撮影した。実施例1の導電性粉末のSEM写真を図5に、比較例1の導電性粉末のSEM写真を図6に示す。また、参考として、原料として用いたシリカ粉末のSEM写真を図7に示す。
実施例1〜5および比較例1の各導電性粉末について、図5および図6に示すようなSEM観察を複数視野にて行った各SEM写真を解析することにより、各粒子の粒子径を求めた。実施例1においては、大きい粒子径を有する1つの粒子(第1導電性粒子)の表面に、これよりも小さい粒子径(第2導電性粒子)を有する複数の粒子が付着した複合導電性粒子が観察されたため、第1導電性粒子および第2導電性粒子のそれぞれの粒子径を求めることとした。その結果を表1の「粒子径(μm)」に示す。なお、各粒子径は、複数視野でのSEM観察により得られたSEM写真から任意に選択した50個の粒子の直径の平均値である。
実施例1〜5の導電性粉末について、図5に示すようなSEM写真を解析することにより、第1導電性粒子に対する第2導電性粒子の付着率を求めた。なお、付着率の算出に関し、画像処理ソフトウェア(製品名:「WinROOF」、三谷商事株式会社)を用いて上述の算出方法に従った。その結果を表1の「付着率(%)」の欄に示す。なお、付着率は、任意に選択した50個の複合導電性粒子の平均値である。
実施例1〜5および比較例1の各導電性粉末に関し、金属被覆率を算出した。具体的には、以下の手順で算出した。まず、原子吸光光度計による金属量の定量前の各導電性粉末の重量(酸溶液による溶解前の導電性粉末の重量)を測定した。次に、重量を測定した各導電性粉末を酸溶液に溶解させた各試料を準備した。次に、準備した各試料に関し、原子吸光光度計(製品名:「A−2000」、株式会社日立ハイテクフィールディング製)を用いて、各導電性粉末に含まれる金属量(各導電性粒子を構成するシリカ粒子の表面を被覆する金属量の総量に相当する)を測定した。そして、得られた金属の定量結果をもとに、下記式(2)により、各導電性粒子の金属被覆率(重量%)を算出した。この結果を表1の「被覆率(%)」の欄に示す。
金属被覆量(重量%)=W1/W2×100・・・(2)
(式(2)中、W1は金属被膜を構成する金属の重量を示し、W2は酸溶液による溶解前の導電性粉末の重量を示す)。
実施例1〜5および比較例1の各導電性粉末の比抵抗を算出して、各導電性粉末の導電性を評価した。具体的には、各導電性粉末と樹脂(商品名:「ニッペアクリルオートクリヤースーパー」、日本ペイント社製)との配合率(導電性粉末:樹脂)が60vol%:40vol%になるように混練して、それぞれの導電性粉末を含有する樹脂組成物を作製した。
実施例1〜5および比較例1の各導電性粉末のタップ密度を測定して、各導電性粉末の充填性を評価した。タップ密度はJIS Z2512:2012に準拠した方法で測定することができる。なお、タップ密度の測定には、タッピング式粉体減少度測定器(型式:「TPM−1」、筒井理化学器械株式会社製)を用いた。その結果を表2の「タップ密度(g/cm3)」に示す。タップ密度が大きいほど充填性に優れていることを示す。
実施例1の導電性粉末の断面を観察した。まず、エポキシ樹脂と導電性粉末を混合して硬化後、イオンミリング装置を用いて導電性粉末の断面観察用の試料を作製した。走査型電子顕微鏡(商品名:「SU8020」、株式会社日立ハイテクノロジー社製)を用いて、加速電圧50kV、測定倍率30000倍の条件下で、試料中の導電性粉末の断面を観察し反射電子像(電子画像)を撮影した。
Claims (6)
- 1つの第1導電性粒子と、前記第1導電性粒子の表面に付着する複数の第2導電性粒子と、からなり、
前記第1導電性粒子は、0.1μm以上50μm以下の粒子径を有し、
前記第2導電性粒子は、50nm以上1000nm以下の粒子径を有し、
前記第1導電性粒子は、第1粒子と、前記第1粒子の表面を被覆する第1金属被膜とからなり、
前記第2導電性粒子は、第2粒子と、前記第2粒子の表面を被覆する第2金属被膜とからなり、
前記第1導電性粒子の粒子径は前記第2導電性粒子の粒子径よりも大きく、
前記第2導電性粒子の前記第1導電性粒子に対する付着率は2%以上40%以下であり、
前記第1粒子および前記第2粒子は同じ材料からなり、
前記第1金属被膜および前記第2金属被膜は同じ材料からなり、
前記第1粒子および前記第2粒子は互いに直接接触していない、複合導電性粒子。 - 前記第1粒子および前記第2粒子は、それぞれシリカからなる、請求項1に記載の複合導電性粒子。
- 前記第1金属被膜および前記第2金属被膜は、それぞれ銀、金、銅、ニッケル、白金、錫およびこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる、請求項1または請求項2に記載の複合導電性粒子。
- 前記第1導電性粒子は、有機酸を含む保護層を備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合導電性粒子。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の複合導電性粒子を導電材として含む、導電性樹脂組成物。
- 請求項5に記載の導電性樹脂組成物により形成された塗膜を基体上に有する、導電性塗布物。
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