WO2016181636A1 - 無機粒子分散体 - Google Patents
無機粒子分散体 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016181636A1 WO2016181636A1 PCT/JP2016/002236 JP2016002236W WO2016181636A1 WO 2016181636 A1 WO2016181636 A1 WO 2016181636A1 JP 2016002236 W JP2016002236 W JP 2016002236W WO 2016181636 A1 WO2016181636 A1 WO 2016181636A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- particle dispersion
- dispersion
- inorganic particle
- particles
- metal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/02—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
Definitions
- the present invention relates to an inorganic particle dispersion containing metal particles, and more specifically, has excellent dispersion stability, and is suitable for joining metal parts at relatively low temperatures, wiring of electronic materials, and electrodes.
- the present invention relates to an inorganic particle dispersion that can be used for the above.
- metal nanoparticles or metal colloid particles having a large specific surface area and high reaction activity have a property of being fused (low temperature sintering) at a lower temperature than bulk or metal atoms.
- inorganic particle dispersion conductive paste
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-097074 and the like, metal colloid particles composed of metal nanoparticles (A) and protective colloid (B) covering the metal nanoparticles (A), And a paste containing the dispersion medium of the metal colloidal particles, wherein the protective colloid (B) is composed of amines (B1) and a carboxylic acid (B2) having 4 or more carbon atoms.
- the protective colloid (B) is composed of amines (B1) and a carboxylic acid (B2) having 4 or more carbon atoms.
- the protective colloid covering the metal nanoparticles is not an organic binder (resin binder) but a specific compound that easily evaporates or decomposes at a low temperature and also acts as a binder. Therefore, the sintered pattern can be formed at a low temperature even by a screen printing method for forming a relatively thick film or an intaglio printing method.
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-150543 is an ink composition containing silver nanoparticles, a hydrocarbon solvent, and an alcohol co-solvent, and the hydrocarbon solvent contains at least five hydrocarbon solvents.
- Ink compositions that are certain terpineol solvents have been proposed.
- an object of the present invention is to provide an inorganic particle dispersion that has excellent dispersion stability in a wide viscosity range (particularly a high viscosity range) and can be fired at a relatively low temperature. It is in.
- ink for inkjet or reverse offset printing is generally adjusted in a low viscosity range of 5 to 15 mPa ⁇ s. That is, when the viscosity is 15 mPa ⁇ s or more, it can be said that the ink used in the printing technique has a high viscosity.
- the present inventor has selected an appropriate solvent and added a dispersant having an acid value. The inventors have found that it is effective and have reached the present invention.
- the present invention Inorganic particles having a short-chain amine having 6 or less carbon atoms on at least a part of the surface; A polymer having a comb-like structure having a pigment affinity group in the main chain and / or a plurality of side chains and having a plurality of side chains constituting a solvation part, a plurality of pigment affinity groups in the main chain A polymer dispersant containing a polymer having a pigment affinity part, or a linear polymer having a pigment affinity part composed of a pigment affinity group at one end of the main chain; A dispersion medium, A protective dispersant having an acid value in the dispersion medium, The protective dispersant has an acid value of 1 to 200; The addition amount of the protective dispersant is 0.1 to 10% by weight or less based on the solid content of the inorganic particles; An inorganic particle dispersion is provided.
- the short chain amine is preferably composed of alkylamine and / or alkoxyamine, and includes butylamine, pentylamine, hexylamine, 2-methoxyethylamine, 2-ethoxyethylamine, More preferably, it is at least one selected from the group consisting of 3-methoxypropylamine, 3-ethoxypropylamine, and 4-methoxybutylamine.
- the inorganic particle dispersion of the present invention having the above-described configuration can be sintered at a low temperature because it contains a low molecular weight amine, that is, has excellent low temperature sinterability, and has excellent dispersibility because it contains a polymer dispersant.
- Long-term dispersion stability by using a component that contributes to low-temperature sinterability (mainly an alkylamine having 6 or less carbon atoms) and a component that contributes to dispersion stability (mainly a polymer dispersant), both components are adsorbed on the surface of the inorganic particles. , Express each property.
- dispersion stability can be ensured by including a polymer dispersant as described above, various physical property preparation agents can be added for general-purpose printing suitability.
- the amine present on at least a part of the surface of the inorganic particle a short chain amine having 6 or less carbon atoms
- the amine adhering to at least a part of the surface of the inorganic particle can be easily removed by heating.
- good low-temperature sinterability for example, sinterability at 100 to 350 ° C.
- inorganic particles metal particles
- the polymer dispersant has a graft structure in which a pigment-affinity group is present in the side chain and has a side chain constituting a solvation part (the following comb-shaped polymer (1)); Since it has a pigment affinity group (the following polymer (copolymer) (2) and the above linear polymer (3)), the dispersibility of colloidal particles composed of inorganic particles is good, and inorganic Suitable as protective colloid for particles.
- an inorganic particle dispersion conductive ink and conductive paste
- an inorganic particle dispersion containing inorganic particles at a high concentration can be obtained.
- the inorganic particle dispersion of the present invention includes a protective dispersant having an acid value added after the synthesis of the inorganic particles (that is, a protective dispersant having an acid value for dispersing the inorganic particles).
- a protective dispersant having an acid value here includes all dispersants having no amine value or hydroxyl value as an adsorbing group or a functional group. By using such a protective dispersant, the dispersion stability of the inorganic particles in the solvent can be improved.
- the acid value of the protective dispersant is 1 to 200, and the dispersant preferably has a functional group derived from phosphoric acid.
- the “protective dispersant having an acid value” is preferable is not necessarily clear, but the present inventors have not only adsorbed the metal but also interacted with a short-chain amine in a denser form. It can be adsorbed and is considered to exhibit high dispersibility while having low-temperature sinterability.
- the acid value of the protective dispersant is 1 or more, adsorption by an acid-base interaction starts to occur on a metal substance coordinated with an amine and the particle surface is basic. This is because it is adsorbed in a suitable form because it does not have any.
- the protective dispersant has a functional group derived from phosphoric acid, phosphorus P interacts with and attracts the metal M through the oxygen O, so it is most effective for adsorption to metals and metal compounds, and is the minimum necessary. It is because suitable dispersibility can be obtained with the adsorbing amount.
- the “acid value” is expressed in mg of potassium hydroxide required to neutralize the acidic component contained in 1 g of the sample.
- Examples of the acid value measurement method include an indicator method (p-naphtholbenzein indicator) and a potentiometric titration method.
- ⁇ ISO6618-1997 Neutralization titration method by indicator titration method ⁇ corresponding to indicator titration method (acid value)
- ⁇ ISO6619-1988 Corresponding to potentiometric titration method (acid value) ⁇ potentiometric titration method (acid value)
- the amount of the protective dispersant added is 0.1 to 10% by weight or less based on the solid content of the inorganic particles. If the content of the protective dispersant is 0.1% or more, the dispersion stability of the resulting inorganic particle dispersion is improved. However, if the content is too large, the low-temperature sinterability is lowered. From such a viewpoint, the more preferable content of the protective dispersant is 0.3 to 10% by mass, and the still more preferable content is 0.5 to 8% by mass.
- the content of the dispersion medium is preferably 1 to 90% by mass. If the content of the dispersion medium is 1% by mass or more, stable dispersibility tends to be obtained, and if it is 90% by mass or less, a film formed from ink tends to exhibit good conductivity. A more preferable content of the dispersion medium is 20 to 80% by mass, and a more preferable content is 30 to 70% by mass.
- the dispersion medium is diethylene glycol dibutyl ether, isotridecanol, tetralin, cyclohexylbenzene, terpineol, dihydroterpineol, dihydroterpinyl acetate, p-cymene, pinene, pinane, It is preferably at least one selected from the group consisting of limonene, isobornyl acetate, carveol, caryophyllene, terpinyloxyethanol, dihydroterpinyloxyethanol.
- the dispersion of this embodiment further has a weight reduction rate of 5% or less when heated from room temperature to 200 ° C. by thermal analysis, and a weight reduction rate of 10% when heated from 200 ° C. to 500 ° C.
- the weight loss rate up to 200 ° C. mainly indicates the content of the short-chain amine, which is a low-temperature component that contributes to low-temperature sinterability
- the weight loss rate at 200 to 500 ° C. is mainly the dispersion stability.
- the dispersion medium contains 0.5 to 10% by mass of a fatty acid having a boiling point of 150 ° C. or higher.
- the fatty acid is stearic acid, oleic acid, linoleic acid, More preferably, it is at least one selected from the group consisting of linolenic acid and ricinoleic acid.
- an inorganic particle dispersion that has excellent dispersion stability and high viscosity and can be fired at a relatively low temperature.
- the inorganic particle dispersion of this embodiment is Inorganic particles having a short-chain amine having 6 or less carbon atoms on at least a part of the surface; A polymer having a comb-like structure having a pigment affinity group in the main chain and / or a plurality of side chains and having a plurality of side chains constituting a solvation part, a plurality of pigment affinity groups in the main chain A polymer dispersant containing a polymer having a pigment affinity part, or a linear polymer having a pigment affinity part composed of a pigment affinity group at one end of the main chain; A dispersion medium, A protective dispersant having an acid value in the dispersion medium, The protective dispersant has an acid value of 1 to 200; The addition amount of the protective dispersant is 0.1 to 10% by weight or less based on the solid content of the inorganic particles; It is characterized by.
- the inorganic particle dispersion is added not only to the synthesis of the inorganic particles, but also to a dispersion medium having an acid value added to a dispersion medium having a viscosity (particularly a high viscosity dispersion medium) in which the inorganic particles are to be dispersed.
- a dispersion medium having an acid value added to a dispersion medium having a viscosity (particularly a high viscosity dispersion medium) in which the inorganic particles are to be dispersed.
- the dispersibility of the inorganic particles is remarkably improved. It also has good low temperature sintering.
- a terpene-based material or the like which is a high viscosity / high boiling solvent as a dispersion medium.
- inorganic particles dispersed in an organic solvent tend to destabilize the functional groups (OH groups, etc.) of the terpene material, it is difficult to use the terpene material alone or as a main solvent.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment various investigations are made on the polymer dispersant, and a small amount of a polymer dispersant (protective dispersant) having an acid value is added after the production of the inorganic particles. While maintaining the above, the dispersibility of the inorganic particles is drastically improved. Here, even if a protective dispersant having no acid value is used, the dispersibility is not improved, and if the acid value is too high, the same effect cannot be obtained.
- the protective dispersant having an acid value can be adsorbed in a denser form by interacting with the short-chain amine as well as adsorbing to the inorganic particles, and exhibiting high dispersibility.
- the reason why the dispersibility of the polymer dispersant having an acid value in the terpene-based material (dispersion medium) is not necessarily clear, but the protective dispersant can be added to the inorganic particles by adding the protective dispersant after the addition. It is not adsorbed on and floats in the solvent.
- the floating protective dispersant has a large inhibitory effect on the aggregation of inorganic particles in the high-viscosity dispersion medium that is a terpene-based material, and is caused by a large contribution to the dispersion stability of the inorganic particles. Conceivable.
- the protective dispersant is not added later, since the protective dispersant other than the protective dispersant adsorbed on the inorganic particles is removed by the washing operation during the precipitation purification, there is basically no floating protective dispersant.
- the protective dispersant is preferably added to the dispersion medium in advance, but may be added after the inorganic particles are dispersed in the dispersion medium.
- the method for adding the protective dispersant to the dispersion medium is not particularly limited, and may be added by various conventionally known methods.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment has a weight reduction rate of 5% by mass or less when heated from room temperature to 200 ° C. by thermal analysis, and a weight reduction rate of 10% when heated from 200 ° C. to 500 ° C. It is preferable that it is below mass%.
- the weight reduction rate up to 200 ° C. mainly indicates the content of low-temperature components (mainly short chain amines having 6 or less carbon atoms) contributing to low-temperature sintering, and the weight reduction rate at 200 to 500 ° C. is mainly dispersed.
- the content of the high temperature component (mainly polymer dispersant) that contributes to stability is shown.
- the dispersion stability When the low temperature component is excessive, the dispersion stability is impaired, and when the high temperature component is excessive, the low temperature sintering property is impaired. That is, if the weight reduction rate when heated from room temperature to 200 ° C. is 5% by mass or less, the dispersion stability is more excellent, and if the weight reduction rate when heated from 200 ° C. to 500 ° C. is 10% by mass or less. Low temperature sinterability is better.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment includes, as a main component, metal colloid particles in which inorganic particles (metal particles) described later are colloided.
- metal colloid particles for example, the surface of the metal particles
- colloidal particles etc. it is not specifically limited.
- metal colloidal particles having a metal particle as a core and a surface coated with an organic substance are preferable.
- a person skilled in the art can appropriately prepare the metal colloid particles having the above-described form using a well-known technique in this field.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment is a fluid mainly composed of colloidal particles composed of metal particles and organic matter.
- metal colloidal particles are constituted. May contain an organic substance, a dispersion medium, a residual reducing agent, or the like.
- Examples of the method for applying the inorganic particle dispersion of the present embodiment on the substrate include dipping, screen printing, spray method, bar coating method, spin coating method, ink jet method, dispenser method, pin transfer method, stamping method, It can be appropriately selected from a brush application method, a casting method, a flexo method, a gravure method, an offset method, a transfer method, a hydrophilic / hydrophobic pattern method, or a syringe method.
- the viscosity can be adjusted by adjusting the particle size of the metal particles, adjusting the content of the organic substance, adjusting the addition amount of the dispersion medium and other components, adjusting the blending ratio of each component, adding a thickener, and the like.
- the viscosity of the inorganic particle dispersion of the present embodiment can be measured with a cone plate viscometer (for example, a rheometer MCR301 manufactured by Anton Paar).
- the inorganic particles of the inorganic particle dispersion of the present embodiment are not particularly limited, and examples thereof include gold, silver, copper, nickel, bismuth, tin, iron, and platinum. And at least one of group elements (ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum).
- the metal is preferably particles of at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel, bismuth, tin, or platinum group elements, and more preferably has a tendency to ionize than copper or copper. Is preferably a small (noble) metal, that is, at least one of gold, platinum, silver and copper.
- metals may be used singly or in combination of two or more. Methods for using these metals in combination include the use of alloy particles containing a plurality of metals, metals having a core-shell structure or a multilayer structure. Particles may be used.
- the conductivity of the coating layer (coating film) formed using the inorganic particle dispersion of the present embodiment is good, but migration issues are considered. Thus, migration can be made difficult to occur by using an inorganic particle dispersion made of silver and other metals.
- the “other metal” is preferably a metal in which the ionization column is more noble than hydrogen, that is, gold, copper, platinum, or palladium.
- the average particle diameter of the metal particles (or metal colloid particles) in the inorganic particle dispersion of the present embodiment is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, but a melting point drop occurs. It preferably has an average particle diameter, and may be, for example, 1 to 200 nm. Further, it is preferably 2 to 100 nm. If the average particle diameter of the metal particles is 1 nm or more, an inorganic particle dispersion capable of forming a good coating film can be obtained, and the production of metal particles is practical without increasing the cost. Moreover, if it is 200 nm or less, the dispersibility of a metal particle hardly changes with time, and it is preferable.
- micrometer-sized metal particles can be added in combination.
- a favorable conductive path can be obtained by the melting point drop of the nanometer-sized metal particles around the micrometer-sized metal particles.
- the present inventor uses a metal particle having a small particle diameter that exhibits a melting point drop as described above, and an inorganic particle dispersion containing an amine adhering to at least a part of the surface of the metal particle has a specific temperature range. It was found that by optimizing the weight reduction rate during heating in a specific range, the low-temperature sinterability and dispersion stability are improved in a balanced manner as compared with inorganic particle dispersions that are not.
- the particle size of the metal particles in the inorganic particle dispersion of the present embodiment may not be constant.
- the inorganic particle dispersion includes a dispersion medium, a resin component, a thickener, a surface tension adjuster, or the like, which will be described later, as an optional component, it may include a metal colloid particle component having an average particle size of more than 200 nm.
- a particle component having an average particle diameter of more than 200 nm may be included.
- the particle size of the metal particles in the inorganic particle dispersion of the present embodiment can be measured by a dynamic light scattering method, a small angle X-ray scattering method, and a wide angle X-ray diffraction method.
- the crystallite diameter determined by the wide-angle X-ray diffraction method is appropriate.
- RINT-UltimaIII manufactured by Rigaku Corporation can be used to measure 2 ⁇ in the range of 30 to 80 ° by the diffraction method.
- the sample may be measured by extending it thinly so that the surface becomes flat on a glass plate having a recess of about 0.1 to 1 mm in depth at the center.
- the crystallite diameter (D) calculated by substituting the half width of the obtained diffraction spectrum into the following Scherrer equation using JADE manufactured by Rigaku Corporation may be used as the particle diameter.
- D K ⁇ / Bcos ⁇
- K Scherrer constant (0.9)
- ⁇ wavelength of X-ray
- B half width of diffraction line
- ⁇ Bragg angle.
- (1-2) Short-chain amine having 6 or less carbon atoms In the inorganic particle dispersion of the present embodiment, a short-chain amine having 6 or less carbon atoms is attached to at least a part of the surface of the inorganic particles.
- a trace amount organic substance contained as an impurity from the beginning of the raw material a trace amount organic substance mixed in the manufacturing process described later, a residual reducing agent that could not be removed in the cleaning process, a residual dispersant, etc.
- a trace amount of organic matter may be attached.
- the short-chain amine is not particularly limited as long as it has 6 or less carbon atoms.
- the short-chain amine may be linear or branched, and may have a side chain.
- an alkoxyamine preferably selected from the group consisting of butylamine, pentylamine, hexylamine, 2-methoxyethylamine, 2-ethoxyethylamine, 3-methoxypropylamine, 3-ethoxypropylamine, 4-methoxybutylamine. More preferably, it is at least one kind.
- the short chain amine may be a compound containing a functional group other than an amine such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxy group, a carbonyl group, an ester group, or a mercapto group.
- the said amine may be used independently, respectively and may use 2 or more types together.
- the boiling point at normal pressure is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment may contain a carboxylic acid in addition to the short-chain amine having 6 or less carbon atoms as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the carboxyl group in one molecule of the carboxylic acid has a relatively high polarity and tends to cause an interaction due to a hydrogen bond, but a portion other than these functional groups has a relatively low polarity. Furthermore, the carboxyl group tends to exhibit acidic properties.
- the solvent And the inorganic particles can be sufficiently made to adhere to each other, and aggregation between the inorganic particles can be prevented (dispersibility is improved).
- carboxylic acid compounds having at least one carboxyl group can be widely used, and examples thereof include formic acid, oxalic acid, acetic acid, hexanoic acid, acrylic acid, octylic acid, and oleic acid.
- a part of carboxyl groups of the carboxylic acid may form a salt with a metal ion.
- 2 or more types of metal ions may be contained.
- the carboxylic acid may be a compound containing a functional group other than a carboxyl group, such as an amino group, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carbonyl group, an ester group, or a mercapto group.
- the number of carboxyl groups is preferably equal to or greater than the number of functional groups other than carboxyl groups.
- the said carboxylic acid may be used independently, respectively and may use 2 or more types together.
- the boiling point at normal pressure is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
- amines and carboxylic acids form amides. Since the amide group is also adsorbed moderately on the surface of the inorganic particles, the amide group may be attached to the surface of the inorganic particles.
- the content of the organic component in the colloid is 0.5 to 50 It is preferable that it is mass%. If the organic component content is 0.5% by mass or more, the storage stability of the obtained inorganic particle dispersion tends to be improved, and if it is 50% by mass or less, the inorganic particle dispersion is obtained by heating. There exists a tendency for the electroconductivity of a sintered body to be good. A more preferable content of the organic component is 1 to 30% by mass, and a more preferable content is 2 to 15% by mass.
- the polymer dispersant contained in the inorganic particle dispersion of the present embodiment has a graft structure in which a pigment affinity group is present in the side chain and the side chain constituting the solvation part is present.
- Those having a pigment affinity group in the main chain (the following polymer (copolymer) (2) and the above-mentioned linear polymer (3)). .
- the dispersibility of colloidal particles made of inorganic particles is good, and it is suitable as a protective colloid for inorganic particles.
- an inorganic particle dispersion composed of an inorganic particle dispersion containing inorganic particles at a high concentration can be obtained.
- the pigment affinity group refers to a functional group having a strong adsorptive power to the surface of a pigment made of inorganic particles, such as a tertiary amino group or a quaternary ammonium group. And a heterocyclic group having a basic nitrogen atom, a hydroxyl group, a carboxyl group, and the like.
- the pigment affinity group exhibits a strong affinity for metal particles.
- the high molecular weight pigment dispersant can exhibit sufficient performance as a protective colloid of metal particles by having the pigment affinity group.
- the comb-shaped polymer (1) has a structure in which a plurality of side chains constituting a solvation portion are bonded to a main chain together with a plurality of side chains having the pigment affinity group. It is connected to the main chain like a comb tooth.
- the above structure is referred to as a comb structure.
- the pigment affinity group may be present not only at the end of the side chain but also in the middle of the side chain or in the main chain.
- the said solvation part is a part which has affinity to a solvent, Comprising: A hydrophilic or hydrophobic structure is said.
- the solvation part is composed of, for example, a water-soluble polymer chain, a lipophilic polymer chain, and the like.
- the comb-shaped polymer (1) is not particularly limited, and has, for example, one or more poly (carbonyl-C 3 -C 6 -alkyleneoxy) chains disclosed in JP-A-5-177123. Each of these chains has 3 to 80 carbonyl-C 3 -C 6 -alkyleneoxy groups and is linked to poly (ethyleneimine) by an amide or salt bridging group. Or a salt thereof; comprising a reaction product of a poly (lower alkylene) imine disclosed in JP-A-54-37082 and a polyester having a free carboxylic acid group.
- the epoxy compound, and pigment dispersing agent obtained by reacting an amine compound and the number average molecular weight of 300 to 7000 and a carboxyl group-containing prepolymer simultaneously or optionally order.
- the above comb-shaped polymer (1) is preferably one having 2 to 3000 pigment affinity groups in one molecule. If it is less than 2, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 3000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of metal particles becomes unnecessarily wide. Stability may be reduced. More preferably, it is 25 to 1500.
- the comb-shaped polymer (1) preferably has 2 to 1000 side chains constituting the solvation part in one molecule. If it is less than 2, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 1000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of metal particles becomes wider than necessary, and the dispersion stability. May decrease. More preferably, it is 5 to 500.
- the comb-shaped polymer (1) preferably has a number average molecular weight of 2,000 to 1,000,000. If it is less than 2,000, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 1,000,000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of metal particles becomes wider than necessary, and the dispersion stability. May decrease. More preferably, it is 4000 to 500,000.
- the polymer (copolymer) (2) having a plurality of pigment-affinity moieties consisting of pigment-affinity groups in the main chain is one in which a plurality of pigment-affinity groups are arranged along the main chain,
- the pigment affinity group is, for example, pendant to the main chain.
- the pigment-affinity part refers to a part that has one or more pigment-affinity groups and functions as an anchor that adsorbs to the pigment surface made of inorganic particles.
- Examples of the copolymer (2) include polyisocyanates disclosed in JP-A-4-210220, a mixture of a monohydroxy compound and a monohydroxymonocarboxylic acid or monoaminomonocarboxylic acid compound, and at least Reaction product of one basic ring nitrogen and a compound having an isocyanate-reactive group; disclosed in JP-A-60-16631, JP-A-2-612, and JP-A-63-24410 Polymers in which a plurality of tertiary amino groups or groups having basic cyclic nitrogen atoms are pendant on the main chain made of polyurethane / polyurea; water-soluble poly (oxyalkylene) disclosed in JP-A-1-279919 A copolymer comprising a steric stabilizing unit having a chain, a structural unit, and an amino group-containing unit, and containing an amine group The monomer unit contains a tertiary amino group or a group of an acid addition salt thereof or a quaternary ammonium
- Stabilizer unit comprising a main chain comprising an addition polymer disclosed in JP-A-6-1000064 and at least one C1 to C4 alkoxypolyethylene or polyethylene-copropylene glycol (meth) acrylate
- An amphiphilic copolymer having a weight average molecular weight of 2500 to 20000, the main chain comprising up to 30% by weight of non-functional structural units and a total stabilization of up to 70% by weight Agent unit and functional unit, and the functional unit is substituted or unsubstituted styrene-containing unit, hydroxyl group-containing unit and carbo Xyl group-containing units in which the ratio of hydroxyl group to carboxyl group, hydroxyl group to styrene group, and hydroxyl group to propyleneoxy group or ethyleneoxy group is 1: 0.10 to 26.1; 1: 0.
- Examples include amphiphilic polymers such as 28 to 25.0; 1: 0.80 to 66.1.
- the copolymer (2) preferably has 2 to 3000 pigment affinity groups in one molecule. If it is less than 2, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 3000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of inorganic particles becomes wider than necessary. Stability may be reduced. More preferably, it is 25 to 1500.
- the number average molecular weight of the copolymer (2) is preferably 2,000 to 1,000,000. If it is less than 2000, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 1000000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of inorganic particles becomes wider than necessary, and the dispersion stability. May decrease. More preferably, it is 4000 to 500,000.
- the linear polymer (3) having a pigment affinity portion composed of a pigment affinity group at one end of the main chain is a pigment affinity portion composed of one or more pigment affinity groups only at one end of the main chain. Have sufficient affinity for the pigment surface.
- the linear polymer (3) is not particularly limited, and examples thereof include an AB block type polymer, one of which is basic disclosed in JP-A-46-7294; US Pat. No. 4,656,226.
- AB block type polymer in which an aromatic carboxylic acid is introduced into the A block disclosed in the specification of the present invention AB having a basic functional group at one end as disclosed in US Pat. No. 4,032,698
- Block type polymer AB block type polymer having an acidic functional group at one end as disclosed in US Pat. No. 4,070,388; US Pat. No. 4,656,226 disclosed in JP-A-1-204914 Examples include those obtained by improving the weathering yellowing resistance of an AB block type polymer in which an aromatic carboxylic acid is introduced into the A block described in the specification.
- the linear polymer (3) is preferably one having 2 to 3000 pigment affinity groups in one molecule. If it is less than 2, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 3000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of inorganic particles becomes wider than necessary. Stability may be reduced. More preferably, it is 5 to 1500.
- the linear polymer (3) preferably has a number average molecular weight of 1,000 to 1,000,000. If it is less than 1000, the dispersion stability is not sufficient, and if it exceeds 1000000, the viscosity is too high and handling becomes difficult, and the particle size distribution of the colloidal particles made of inorganic particles becomes wider than necessary, and the dispersion stability. May decrease. More preferably, it is 2000 to 500,000.
- the polymer dispersant As the polymer dispersant, a commercially available one can be used. Examples of the commercially available products include Solsperse 11200, Solsperse 13940, Solsperse 16000, Solsperse 17000, Solsperse 18000, Solsperse 20000, Solsperse 24000, Solsperse 26000, Solsperse 27000, Solsperse 28000 (manufactured by Nippon Lubrizol Corporation); DISPERBYK 102; Dispersic 110, Dispersic 111, Dispersic 142, Dispersic 160, Dispersic 161, Dispersic 162, Dispersic 163, Dispersic 166, Dispersic 170, Dispersic 174, Dispersic 180, Dispersic 182 184, Dispersic 190, Dispersic 2155, BYK-P104, BYK-P105 (manufactured by BYK Chemie Japan); EFKA-46, EFKA-47, EFKA-48, EFKA
- the polymer dispersant may be Solsperse 11200, Solsperse 13940, Solsperse 16000, Solsperse 17000, Solsperse 18000, Solsperse 28000, Dispersic 142, Dispersic 174 or Dispersic 2155 at a low temperature. It is preferable from the viewpoints of sinterability and dispersion stability.
- the content of the polymer dispersant in the inorganic particle dispersion of the present embodiment is preferably 0.1 to 15% by mass. If the content of the polymer dispersant is 0.1% by mass or more, the dispersion stability of the resulting inorganic particle dispersion tends to be improved. If the content is 15% by mass or less, the conductivity of the inorganic particle dispersion is likely to be improved. Tend to be better. A more preferable content of the polymer dispersant is 0.5 to 5% by mass, and a more preferable content is 0.5 to 4% by mass.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment includes a dispersion medium for dispersing inorganic particles that are pigments.
- a dispersion medium for dispersing inorganic particles that are pigments.
- the dispersion medium conventionally known ones can be used, but diethylene glycol dibutyl ether, isotridecanol, tetralin, cyclohexylbenzene, terpineol, dihydroterpineol, dihydroterpinyl acetate, p-cymene, pinene, pinane, It is preferably at least one selected from the group consisting of limonene, isobornyl acetate, carveol, caryophyllene, terpinyloxyethanol, dihydroterpinyloxyethanol.
- a hydrocarbon solvent such as dodecane or an aromatic hydrocarbon may be used in combination for dispersion stability. Since these hydrocarbon solvents are used, only low viscosity inks can be obtained.
- a hydrocarbon solvent carbon number 5 to 20
- dodecane or an aromatic hydrocarbon may be used in combination for dispersion stability. Since these hydrocarbon solvents are used, only low viscosity inks can be obtained.
- concentration of inorganic particles is increased, Since the ratio decreases, it is difficult to maintain printability and moisture retention.
- the dispersibility and conductivity of the inorganic particles are lowered.
- an inorganic particle dispersion having both excellent dispersion stability and high viscosity can be obtained by dispersing inorganic particles with the addition of a protective dispersant having an acid value using the dispersion medium. .
- the content of the dispersion medium in the inorganic particle dispersion of the present embodiment is preferably 10 to 90% by mass. If the content of the dispersion medium is 10% by mass or more, stable dispersibility tends to be obtained, and if it is 90% by mass or less, a film formed from ink tends to exhibit good conductivity. . A more preferable content of the dispersion medium is 20 to 80% by mass, and a more preferable content is 30 to 70% by mass.
- a fatty acid having a boiling point of 150 ° C. or higher is further added to the dispersion medium in the inorganic particle dispersion of the present embodiment.
- the fusion rate (firing rate) of inorganic particles (metal particles) can be moderately delayed, and the balance between volatilization of organic components and fusion of metal particles is improved. Thus, a stronger bonding layer can be obtained.
- the fatty acid only needs to have at least one carboxyl group, and may have a functional group other than the carboxyl group.
- the fatty acid is preferably at least one selected from the group consisting of stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid and ricinoleic acid. Further, if the fatty acid has 18 or more carbon atoms, the balance between the volatilization of the organic component and the fusion of the metal particles is improved, and a stronger bonding layer can be obtained.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment is a protective dispersant having an acid value added after synthesis of inorganic particles (that is, a protective dispersant having an acid value for dispersing inorganic particles). It is characterized by including.
- the “protective dispersant having an acid value” here includes all dispersants having no amine value or hydroxyl value as an adsorbing group or a functional group. By using such a protective dispersant, the dispersion stability of the inorganic particles in the solvent can be improved.
- the acid value of the protective dispersant is 1 to 200, and the dispersant preferably has a functional group derived from phosphoric acid.
- the “protective dispersant having an acid value” is preferable is not necessarily clear, but the present inventors have not only adsorbed the metal but also interacted with a short-chain amine in a denser form. It can be adsorbed and is considered to exhibit high dispersibility while having low-temperature sinterability.
- the acid value of the protective dispersant is 1 or more, adsorption by an acid-base interaction starts to occur on a metal substance coordinated with an amine and the particle surface is basic. This is because it is adsorbed in a suitable form because it does not have any.
- the protective dispersant since the protective dispersant has a functional group derived from phosphoric acid, phosphorus P interacts with and attracts the metal M through the oxygen O, so it is most effective for adsorption to metals and metal compounds, and is the minimum necessary. It is because suitable dispersibility can be obtained with the adsorbing amount.
- the amount of the protective dispersant added is 0.1 to 10% by weight or less based on the solid content of the inorganic particles. If the content of the protective dispersant is 0.1% or more, the dispersion stability of the resulting inorganic particle dispersion is improved. However, if the content is too large, the low-temperature sinterability is lowered. From such a viewpoint, the more preferable content of the protective dispersant is 0.3 to 10% by mass, and the still more preferable content is 0.5 to 8% by mass.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment has an appropriate viscosity, adhesiveness, and drying property in accordance with the intended use within a range not impairing the effects of the present invention.
- a dispersion medium an oligomer component that serves as a binder, for example, a resin component, an organic solvent (a part of the solid content may be dissolved or dispersed), a surface activity.
- Such optional components are not particularly limited.
- dispersion medium of the optional components various types can be used as long as the effects of the present invention are not impaired, and examples thereof include hydrocarbons and alcohols.
- hydrocarbon examples include aliphatic hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and alicyclic hydrocarbons, which may be used alone or in combination of two or more.
- aliphatic hydrocarbon examples include saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbons such as tetradecane, octadecane, heptamethylnonane, tetramethylpentadecane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, tridecane, methylpentane, normal paraffin, and isoparaffin. Is mentioned.
- cyclic hydrocarbon examples include toluene and xylene.
- examples of the alicyclic hydrocarbon include limonene, dipentene, terpinene, terpinene (also referred to as terpinene), nesol, sinene, orange flavor, terpinolene, terpinolene (also referred to as terpinolene), ferrandylene, mentadiene, teleben, Examples thereof include dihydrocymene, moslen, isoterpinene, isoterpinene (also referred to as isoterpinene), clitomen, kautssin, cajeptene, oilimene, pinene, turpentine, menthane, pinane, terpene, and cyclohexane.
- Alcohol is a compound containing one or more OH groups in the molecular structure, and examples thereof include aliphatic alcohols, cyclic alcohols and alicyclic alcohols, and each may be used alone or in combination of two or more. Also good. Moreover, a part of OH group may be induced
- Examples of the aliphatic alcohol include heptanol, octanol (1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, etc.), decanol (1-decanol, etc.), lauryl alcohol, tetradecyl alcohol, cetyl alcohol, 2-ethyl-1- Examples thereof include saturated or unsaturated C 6-30 aliphatic alcohols such as hexanol, octadecyl alcohol, hexadecenol and oleyl alcohol.
- Examples of the cyclic alcohol include cresol and eugenol.
- alicyclic alcohol for example, cycloalkanol such as cyclohexanol, terpineol (including ⁇ , ⁇ , ⁇ isomers, or any mixture thereof), terpene alcohol such as dihydroterpineol (monoterpene alcohol etc. ), Dihydroterpineol, myrtenol, sobrerol, menthol, carveol, perillyl alcohol, pinocarveol, sobrerol, berbenol and the like.
- cycloalkanol such as cyclohexanol, terpineol (including ⁇ , ⁇ , ⁇ isomers, or any mixture thereof)
- terpene alcohol such as dihydroterpineol (monoterpene alcohol etc. ), Dihydroterpineol, myrtenol, sobrerol, menthol, carveol, perillyl alcohol, pinocarveol, sobrerol, berbenol and the
- the resin component examples include polyester resins, polyurethane resins such as blocked isocyanate, polyacrylate resins, polyacrylamide resins, polyether resins, melamine resins, and terpene resins. May be used alone or in combination of two or more.
- organic solvent other than those mentioned as the above dispersion medium examples include, for example, methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, , 4-butanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, weight average molecular weight in the range of 200 to 1,000 Polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol having a weight average molecular weight in the range of 300 to 1,000, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N Methyl-2-pyrrolidone, N, N- dimethylacetamide, glycerin, or acetone and the like may be used each of which alone or in combination of two or more.
- the thickener examples include clay minerals such as clay, bentonite or hectorite, for example, emulsions such as polyester emulsion resins, acrylic emulsion resins, polyurethane emulsion resins or blocked isocyanates, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose. , Cellulose derivatives such as hydroxypropylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose, polysaccharides such as xanthan gum and guar gum, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
- clay minerals such as clay, bentonite or hectorite
- emulsions such as polyester emulsion resins, acrylic emulsion resins, polyurethane emulsion resins or blocked isocyanates, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose.
- Cellulose derivatives such as hydroxypropylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose, polysacc
- Surfactant may be added.
- roughness of the coating surface and uneven solid content are likely to occur due to differences in volatilization rate during drying.
- the surfactant that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and any of an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant can be used, for example, an alkylbenzene sulfonate. A quaternary ammonium salt etc. are mentioned. Since the effect can be obtained with a small addition amount, a fluorosurfactant is preferable.
- inorganic particles having a short-chain amine having 6 or less carbon atoms on at least a part of the surface as a main component are prepared. .
- the adjustment of the amount of “short-chain amine having 6 or less carbon atoms” and the weight reduction rate are not particularly limited, but it is easy to adjust by heating. You may carry out by adjusting the quantity of the "C6 or less alkylamine” added when producing an inorganic particle. You may change the washing
- a method for preparing inorganic particles coated with a short-chain amine having 6 or less carbon atoms according to the present embodiment is not particularly limited.
- a dispersion containing inorganic particles is prepared, and then the dispersion is washed.
- the method of performing etc. are mentioned.
- a step of preparing a dispersion containing inorganic particles for example, a metal salt (or metal ion) dissolved in a solvent may be reduced as described below, and the reduction procedure is based on a chemical reduction method. A procedure may be adopted.
- a metal amine complex method can also be used.
- the inorganic particles coated with the short-chain amine having 6 or less carbon atoms as described above, the metal salt of the metal constituting the inorganic particles, the short-chain amine having 6 or less carbon atoms, the polymer dispersant It can prepare by reducing the raw material liquid containing the said dispersion medium. In addition, a part of component of the raw material liquid may be dispersed without dissolving, and water may be contained.
- the method for reducing these metal salts in the raw material liquid is not particularly limited, and examples thereof include a method using a reducing agent, a method of irradiating light such as ultraviolet rays, electron beams, ultrasonic waves, or thermal energy.
- a method using a reducing agent is preferable from the viewpoint of easy operation.
- Examples of the reducing agent include amine compounds such as dimethylaminoethanol, methyldiethanolamine, triethanolamine, phenidone, and hydrazine; for example, hydrogen compounds such as sodium borohydride, hydrogen iodide, and hydrogen gas; for example, carbon monoxide.
- amine compounds such as dimethylaminoethanol, methyldiethanolamine, triethanolamine, phenidone, and hydrazine
- hydrogen compounds such as sodium borohydride, hydrogen iodide, and hydrogen gas
- carbon monoxide for example, carbon monoxide.
- Oxides such as sulfurous acid; for example, ferrous sulfate, iron oxide, iron fumarate, iron lactate, iron oxalate, iron sulfide, tin acetate, tin chloride, tin diphosphate, tin oxalate, tin oxide, sulfuric acid
- Low valent metal salts such as tin; for example, sugars such as ethylene glycol, glycerin, formaldehyde, hydroquinone, pyrogallol, tannin, tannic acid, salicylic acid, D-glucose, etc.
- sugars such as ethylene glycol, glycerin, formaldehyde, hydroquinone, pyrogallol, tannin, tannic acid, salicylic acid, D-glucose, etc.
- light and / or heat may be added to promote the reduction reaction.
- a short chain amine having 6 or less carbon atoms As a specific method for preparing metal particles coated with a short chain amine having 6 or less carbon atoms using the metal salt, a short chain amine having 6 or less carbon atoms, a dispersion solvent and a reducing agent, for example, the above metal A method in which a salt is dissolved in an organic solvent (for example, toluene) to prepare a metal salt solution, an organic substance as a dispersant is added to the metal salt solution, and then a solution in which the reducing agent is dissolved is gradually added dropwise. Is mentioned.
- an organic solvent for example, toluene
- the dispersion liquid containing the metal particles coated with the short-chain amine having 6 or less carbon atoms obtained as described above in addition to the metal particles, a metal salt counterion, a reducing agent residue and a dispersing agent are contained. It exists and tends to have a high electrolyte concentration and organic matter concentration in the entire liquid. Since the liquid in such a state has high conductivity, the metal particles are likely to coagulate and precipitate easily. Alternatively, even if precipitation does not occur, the conductivity of the metal salt may deteriorate if the counter ion of the metal salt, the residue of the reducing agent, or an excessive amount of dispersant remaining in the amount necessary for dispersion remains. Therefore, by washing the solution containing the metal particles to remove excess residues, the metal particles coated with an organic substance can be reliably obtained.
- washing method for example, a dispersion containing metal particles coated with a short-chain amine having 6 or less carbon atoms is allowed to stand for a certain period of time, and the resulting supernatant is removed, and then alcohol (methanol or the like) is added.
- alcohol methanol or the like
- the method of repeating the process of removing the supernatant liquid after standing again for a certain period of time and removing the supernatant is repeated several times, the method of centrifuging instead of the above-mentioned standing, the ultrafiltration device, the ion exchange device, etc. Examples include a salting method.
- a washing solvent for purifying the precipitate is often a highly polar solvent such as methanol or water, but a solvent having a lower polarity can be used in accordance with the polarity of the inorganic particles.
- a solvent having a lower polarity can be used in accordance with the polarity of the inorganic particles.
- acetone or a mixed solvent of acetone and methanol can be used.
- the metal colloid dispersion is obtained by mixing the metal particles coated with the short-chain amine having 6 or less carbon atoms obtained above and the dispersion medium described in the embodiment.
- the method for mixing the metal particles coated with the short-chain amine having 6 or less carbon atoms and the dispersion medium is not particularly limited, and can be performed by a conventionally known method using a stirrer or a stirrer. An ultrasonic homogenizer with an appropriate output may be applied by stirring with a spatula or the like.
- the production method is not particularly limited.
- the metal colloid dispersion liquid composed of silver and other metals
- the metal colloid dispersion liquid is coated with the above organic substance.
- a dispersion containing metal particles and a dispersion containing other metal particles may be produced separately and then mixed, or a silver ion solution and other metal ion solution may be mixed. Thereafter, reduction may be performed.
- the metal amine complex method for example, an amine mixed solution containing a short-chain amine having 6 or less carbon atoms and a metal compound containing a metal atom are mixed, and the complex compound containing the metal compound and the amine is mixed. What is necessary is just to manufacture a metal particle by the 1st process which produces
- atoms generated by decomposing a metal compound such as oxalate ion contained in the complex compound by heating a complex compound formed from a metal compound such as silver oxalate containing silver and an amine in the presence of the amine Silver particles protected by an amine protective film can be produced by aggregating the silver particles.
- the metal amine complex decomposition method for producing metal particles coated with amine by thermally decomposing a complex compound of a metal compound in the presence of amine decomposition of the metal amine complex which is a single kind of molecule is performed. Since the atomic metal is generated by the reaction, it is possible to generate the atomic metal uniformly in the reaction system, and the reaction is configured as compared with the case where the metal atom is generated by the reaction between multiple components. Inhomogeneity of the reaction due to fluctuations in the composition of the components is suppressed, which is particularly advantageous when a large amount of metal powder is produced on an industrial scale.
- an amine molecule is coordinated to the metal atom to be generated, and the movement of the metal atom during aggregation is controlled by the action of the amine molecule coordinated to the metal atom. Inferred.
- the metal amine complex decomposition method it is possible to produce metal particles that are very fine and have a narrow particle size distribution.
- amine molecules also form a relatively weak coordination bond on the surface of the metal fine particles to be produced, and these form a dense protective film on the surface of the metal particles, so that the storage stability is excellent. It becomes possible to produce coated metal particles having a clean surface.
- the amine molecules forming the film can be easily desorbed by heating or the like, metal particles that can be sintered at a very low temperature can be produced.
- the number of carbon atoms is 6 or less with respect to the long-chain / medium-chain amine that mainly constitutes the coating of the coated metal particles.
- the inorganic particle dispersion of this embodiment obtained as described above can be used as it is as a metal bonding composition, but does not impair the dispersion stability and low-temperature sinterability of the inorganic particle dispersion.
- Various inorganic components and organic components can be added within a range.
- the inorganic particle dispersion of this embodiment can be coated using various printing methods. Moreover, since it has the outstanding dispersion stability and the moisture retention effect (drying suppression effect), high discharge stability can be exhibited at the time of inkjet printing, for example.
- a conductive film is obtained by applying it to a substrate and then heating and firing at a relatively low temperature (eg, 300 ° C. or less, preferably 150 to 250 ° C.) to sinter. be able to. When firing, the temperature can be raised or lowered stepwise. Moreover, it is also possible to apply
- a relatively low temperature eg, 300 ° C. or less, preferably 150 to 250 ° C.
- “application” of the inorganic particle dispersion of the present embodiment is a concept including both cases where the inorganic particle dispersion is applied in a planar shape and applied (drawn) in a linear shape.
- the coating film may be continuous or discontinuous, and may include a continuous part and a discontinuous part.
- the substrate that can be used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can be applied with an inorganic particle dispersion, heated, fired, and sintered.
- the temperature at the time of heating and firing is not particularly limited. It is preferable that the member has a heat resistance sufficient to prevent damage.
- Examples of the material constituting such a base material include polyamide (PA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), and the like. Polyester, polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), vinyl resin, fluororesin, liquid crystal polymer, ceramics, glass or metal can be used.
- PA polyamide
- PI polyimide
- PAI polyamideimide
- PET polyethylene terephthalate
- PBT polybutylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- Polyester polycarbonate
- PC polyethersulfone
- vinyl resin fluororesin
- liquid crystal polymer ceramics, glass or metal
- the base material may have various shapes such as a plate shape or a strip shape, and may be rigid or flexible.
- the thickness of the substrate can also be selected as appropriate.
- a member on which a surface layer is formed or a member subjected to a surface treatment such as a hydrophilic treatment may be used.
- the inorganic particle dispersion In the step of applying the inorganic particle dispersion to the substrate, various methods can be used. As described above, for example, dipping, screen printing, spraying, bar coating, spin coating, ink jet , Dispenser method, pin transfer method, stamping method, brush coating method, casting method, flexo method, gravure method, offset method, transfer method, hydrophilic / hydrophobic pattern method, syringe method, etc. Can do.
- the binder component when the inorganic particle dispersion includes a binder component, the binder component is also sintered from the viewpoint of improving the strength of the coating film, etc., but in some cases, for application to various printing methods.
- the main purpose of the binder component is to adjust the viscosity of the inorganic particle dispersion, and the binder component may be completely removed by controlling the firing conditions.
- the method for performing the heating and baking is not particularly limited.
- the temperature of the inorganic particle dispersion applied or drawn on the substrate using a conventionally known oven or the like is, for example, 300 ° C. or less. It can be sintered by heating and baking.
- the lower limit of the heating / firing temperature is not necessarily limited as long as the temperature is within a range not impairing the effects of the present invention.
- the coating film after sintering it is better that the remaining amount of the organic matter is small in terms of obtaining as high strength as possible, but a part of the organic matter remains within a range not impairing the effect of the present invention. It doesn't matter.
- the inorganic particle dispersion of this embodiment is used, high joining strength can be obtained in joining of members accompanied by heating. That is, between the 1st to-be-joined member and the 2nd to-be-joined member, the bonding composition application
- a desired temperature for example, 300 ° C. or less, preferably 150 to 250 ° C.
- the first and second members to be joined can be pressurized in the direction in which they face each other, but sufficient joining strength can be obtained without any particular pressure.
- the temperature can be raised or lowered stepwise. It is also possible to apply a surfactant or a surface activator to the surface of the member to be joined in advance.
- the inventor used the above-described inorganic particle dispersion of the present embodiment as the inorganic particle dispersion in the inorganic particle dispersion coating step. It was found that the member to be joined can be more reliably joined with high joining strength (a joined body is obtained).
- “application” of the inorganic particle dispersion of the present embodiment is a concept including both cases where the inorganic particle dispersion is applied in a planar shape and applied (drawn) in a linear shape.
- the shape of the coating film made of the inorganic particle dispersion before being applied and fired by heating can be made into a desired shape. Therefore, in the joined body of the present embodiment after firing by heating, the inorganic particle dispersion is a concept including both a planar joining layer and a linear joining layer.
- the bonding layer may be continuous or discontinuous, and may include a continuous portion and a discontinuous portion.
- the first member and the second member that can be used in the present embodiment are not particularly limited as long as they can be applied by applying an inorganic particle dispersion and baking by heating. However, it is preferable that the member has a heat resistance that is not damaged by the temperature at the time of joining.
- Examples of the material constituting such a member to be joined include polyamide (PA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene naphthalate (PEN).
- Examples thereof include polyester, polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), vinyl resin, fluororesin, liquid crystal polymer, ceramics, glass, metal and the like, and among them, a metal joined member is preferable.
- the metal bonded member is preferable because it is excellent in heat resistance and affinity with the inorganic particle dispersion of the present invention containing metal particles as a main component.
- the member to be joined may have various shapes such as a plate shape or a strip shape, and may be rigid or flexible.
- the thickness of the substrate can also be selected as appropriate.
- a member on which a surface layer is formed or a member subjected to a surface treatment such as a hydrophilic treatment may be used.
- the inorganic particle dispersion In the step of applying the inorganic particle dispersion to the member to be joined, various methods can be used. As described above, for example, dipping, screen printing, spraying, bar coating, spin coating, ink jetting , Dispenser method, pin transfer method, stamping method, brush application method, casting method, flexo method, gravure method, offset method, transfer method, hydrophilic / hydrophobic pattern method, syringe method, etc. be able to.
- the coated film after coating as described above can be baked by heating to a temperature of 300 ° C. or less, for example, within a range that does not damage the member to be bonded, and a bonded body can be obtained.
- a bonding layer having excellent adhesion to a member to be bonded is obtained, and a strong bonding strength is more reliably ensured. can get.
- the binder component when the inorganic particle dispersion includes a binder component, the binder component is also sintered from the viewpoint of improving the strength of the bonding layer and the bonding strength between the bonded members.
- the main purpose of the binder component is to adjust the viscosity of the inorganic particle dispersion for application to various printing methods, and the binder condition may be controlled to remove all the binder component.
- the method for performing the firing is not particularly limited.
- the temperature of the inorganic particle dispersion applied or drawn on the bonded member using a conventionally known oven or the like is, for example, 300 ° C. or less. It can join by baking.
- the lower limit of the firing temperature is not necessarily limited, and is preferably a temperature at which the members to be joined can be joined and does not impair the effects of the present invention.
- the inorganic particle dispersion after firing it is better that the residual amount of the organic matter is small in terms of obtaining as high a bonding strength as possible, but a part of the organic matter remains within the range not impairing the effect of the present invention. It does not matter.
- the inorganic particle dispersion of the present invention contains an organic substance.
- thermosetting such as an epoxy resin
- it does not obtain the bonding strength after firing by the action of the organic substance.
- sufficient bonding strength can be obtained by fusing the fused metal particles. For this reason, even after bonding, even if the remaining organic matter is deteriorated or decomposed / dissipated in a use environment higher than the bonding temperature, there is no risk of the bonding strength being lowered, and therefore the heat resistance is excellent. Yes.
- the inorganic particle dispersion of the present embodiment it is possible to realize a bonding having a bonding layer that exhibits high conductivity even by firing at a low temperature of, for example, about 150 to 250 ° C. Members can be joined together.
- the firing time is not particularly limited, and may be any firing time that can be bonded according to the firing temperature.
- the surface treatment of the member to be bonded may be performed.
- the surface treatment method include a method of performing dry treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV treatment, and electron beam treatment, and a method of previously providing a primer layer and a conductive paste receiving layer on a substrate.
- the metal colloid dispersion liquid using metal particles as inorganic particles has been described.
- tin-doped indium oxide having excellent conductivity, thermal conductivity, dielectric property, ion conductivity, alumina, Inorganic particles such as barium titanate and iron iron phosphate can also be used.
- Example 1 0.9 g of butylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade 1, carbon number: 4, log P: 1.0) and hexylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent grade, carbon number: 6, log P: 2.1) 2.5 g and 0.3 g of a polymer dispersant DISPERBYK-174 (manufactured by Big Chemie) were mixed and stirred well with a magnetic stirrer to produce an amine mixture. Next, 3.0 g of silver oxalate was added while stirring. After the addition of silver oxalate, stirring was continued at room temperature to change the silver oxalate to a viscous white substance, and stirring was terminated when the change was found to be apparently finished (first step) ).
- a polymer dispersant DISPERBYK-174 manufactured by Big Chemie
- the obtained mixed solution was transferred to an oil bath and heated and stirred at 120 ° C.
- the reaction with the generation of carbon dioxide started immediately after the start of stirring, and then stirring was performed until the generation of carbon dioxide was completed, thereby obtaining a suspension in which silver fine particles were suspended in the amine mixture (No. 1). 2 steps).
- 10 mL of methanol is added and stirred, and then silver fine particles are precipitated and separated by centrifugation, and 10 mL of methanol is added to the separated silver fine particles, followed by stirring and centrifugation.
- Silver fine particles are precipitated and separated by separation, and 0.03 g (1.5% by weight based on silver solid content) of polymer dispersant SOLPERSE 16000 (made by Lubrizol) is added to 2.4 g of terpineol C. The mixture was dispersed in a mixture to obtain a silver fine particle dispersion 1.
- Viscosity measurement The viscosity of the silver fine particle dispersion 1 obtained as described above was measured using a cone plate viscometer (Anton Paar rheometer, MCR301). The measurement conditions were: measurement mode: shear mode, shear rate: 10 s ⁇ 1 , measurement jig: cone plate (CP-50-2; diameter 50 mm, angle 2 °, gap 0.045 mm), measurement temperature: 25 ° C. . The results are shown in Table 1.
- Example 2 A silver fine particle dispersion 2 was obtained in the same manner as in Example 2 except that dihydroterpineol was used in place of dihydroterpinyl acetate. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 3 Instead of 0.9 g of butylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade 1, carbon number: 4, log P: 1.0), 3-methoxypropylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent grade 1, carbon number) : 4, log P: -1.5) Silver fine particle dispersion 3 was obtained in the same manner as in Example 2 except that 0.9 g was used. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 4 A silver fine particle dispersion 4 was obtained in the same manner as in Example 3 except that terpinyloxyethanol (Telsolve TOE-100: Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.) was used instead of dihydroterpineol. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 5 The polymer dispersant added to terpinyloxyethanol (Telsolve TOE-100: Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.) is 0.06 g of BYK-P104 (by Big Chemie) with 50% active ingredient from SOLSPERSE 16000 (based on the solid content of silver) A silver fine particle dispersion 5 was obtained in the same manner as in Example 4 except that 1.5 wt%). The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 6 A silver fine particle dispersion 6 was obtained in the same manner as in Example 4 except that dihydroterpinyloxyethanol was used instead of terpinyloxyethanol (Telsolve TOE-100: Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.). The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 7 Except that the amount of the polymer dispersant SOLPERSE 16000 added to dihydroterpinyloxyethanol was changed from 0.03 g to 0.015 g (0.75 wt% based on the silver solid content), in the same manner as in Example 6. A silver fine particle dispersion 7 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 8 Dispersion of silver fine particles obtained in the same manner as in Example 2 except that the polymer dispersant added to dihydroterpineol was changed to SOLSPERSE18000 and the addition amount was 0.03 g (1.5 wt% based on silver solid content). Body 8 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 9 0.9 g of butylamine, 2.5 g of hexylamine and 0.3 g of SOLSPERSE16000 which is a polymer dispersant were mixed and stirred well with a magnetic stirrer to produce an amine mixture. Next, 3.0 g of silver oxalate was added while stirring. After the addition of silver oxalate, stirring was continued at room temperature to change the silver oxalate to a viscous white substance, and stirring was terminated when the change was found to be apparently finished (first step) ).
- the obtained mixed solution was transferred to an oil bath and heated and stirred at 120 ° C.
- the reaction with the generation of carbon dioxide started immediately after the start of stirring, and then stirring was performed until the generation of carbon dioxide was completed, thereby obtaining a suspension in which silver fine particles were suspended in the amine mixture (No. 1). 2 steps).
- 10 mL of a mixed solvent of methanol / acetone ratio 4: 1 is added and stirred, and then silver fine particles are precipitated and separated by centrifugation.
- 10 mL of a mixed solvent of methanol / acetone ratio 4: 1 was added, and the mixture was stirred and centrifuged to precipitate and separate silver fine particles.
- the polymer dispersant was added to 2.4 g of dihydroterpinyloxyethanol.
- the amount of SOLPERSE 16000 was dispersed in a mixture of 0.002 g (0.1% by weight based on the silver solid content) and mixed to obtain a silver fine particle dispersion 9.
- the same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 10 A silver fine particle dispersion 10 obtained in the same manner as in Example 1 was obtained except that 0.3 g of SOLPERSE 16000 was added instead of DISPERBYK-174 and dihydroterpineol was used instead of terpineol C. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1.
- Example 1 A comparative silver fine particle dispersion 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer dispersant was not added to the terpineol C as a dispersion medium. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative silver fine particle dispersion 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that 0.3 g of SOLPERSE 16000 was added instead of DISPERBYK-174. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative silver fine particle dispersion 3 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that dihydroterpineol was used in place of terpineol C as the dispersion medium. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 4 >> 0.9 g of butylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade 1, carbon number: 4, log P: 1.0) and hexylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent grade, carbon number: 6, log P: 2.1) Comparative silver fine particle dispersion 4 was obtained in the same manner as Comparative Example 2 except that 2.5 g was not used. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 5 Comparative silver fine particle dispersion 5 was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that terpinyloxyethanol (Telsolve TOE-100: Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.) was used instead of the dispersion medium dihydroterpineol. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 6 Comparative silver fine particle dispersion 6 was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that dihydroterpinyloxyethanol was used instead of the dispersion medium terpinyloxyethanol (Telsolve TOE-100: Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.). It was. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 7 Comparative silver fine particles obtained in the same manner as in Example 10 except that the polymer dispersant added to dihydroterpineol was changed to SOLSPERSE11200 and the addition amount was 0.03 g (1.5% by weight based on the silver solid content). Dispersion 7 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative silver fine particle dispersion was carried out in the same manner as in Example 8 except that 0.06 g of BYK-P105 (manufactured by BYK-Chemie) was used as a polymer dispersant to be added to dihydroterpineol (1.5% by weight based on silver solid content) Body 8 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 9 >> Except that the amount of the polymer dispersant SOLPERSE 16000 added to dihydroterpinyloxyethanol was changed from 0.03 g to 0.001 g (0.05% by weight based on the silver solid content), in the same manner as in Example 9. A comparative silver fine particle dispersion 9 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- Comparative Example 10 >> 0.9 g of butylamine, 2.5 g of hexylamine and 0.4 g of SOLSPERSE16000, which is a polymer dispersant, were mixed and stirred well with a magnetic stirrer to produce an amine mixture. Next, 3.0 g of silver oxalate was added while stirring. After the addition of silver oxalate, stirring was continued at room temperature to change the silver oxalate to a viscous white substance, and stirring was terminated when the change was found to be apparently finished (first step) ).
- the obtained mixed solution was transferred to an oil bath and heated and stirred at 120 ° C.
- the reaction with the generation of carbon dioxide started immediately after the start of stirring, and then stirring was performed until the generation of carbon dioxide was completed, thereby obtaining a suspension in which silver fine particles were suspended in the amine mixture (No. 1). 2 steps).
- 10 mL of methanol is added and stirred, and then silver fine particles are precipitated and separated by centrifugation.
- 10 mL of methanol is added again to the separated silver fine particles, and the mixture is stirred. Centrifugation was performed to precipitate and separate the silver fine particles, thereby obtaining a comparative silver fine particle dispersion 10 dispersed in 2.4 g of dihydroterpinyloxyethanol.
- Comparative Example 11 Comparative silver fine particles in the same manner as in Example 6 except that the amount of the polymer dispersant SOLPERSE 16000 added to dihydroterpinyloxyethanol was changed from 0.03 g to 0.3 g (15 wt% based on the silver solid content). Dispersion 11 was obtained. The same evaluation test as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 2.
- the inorganic particle dispersion (silver fine particle dispersion) of the present invention is a silver fine particle dispersion (silver fine particles) using dihydroterpinyl acetate having a low viscosity as a solvent. Except for the dispersion 10), it has a high viscosity of 15 mPa ⁇ s or more at 25 ° C. In addition, it has excellent dispersibility and dilutability. Furthermore, it shows a good (sufficiently low) volume resistivity value, and it has been found that an inorganic particle dispersion that has both excellent dispersion stability and high viscosity and can be fired at a relatively low temperature is obtained. .
- a terpene ether type (terpinyloxyethanol, dihydroterpinyloxyethanol) is used as a dispersion medium without adding a protective dispersant (comparative silver fine particle dispersions 5 and 6)
- the inorganic fine particles are dispersed. A particle dispersion could not be obtained.
- the dispersibility of silver fine particles with respect to terpene ethers (terpinyloxyethanol, dihydroterpinyloxyethanol) is remarkably improved by adding a protective dispersant after the synthesis of silver fine particles (silver fine particle dispersion).
- Body 4-7, 9 9).
- the addition amount of the protective dispersant affects the conductivity and dispersibility. Specifically, when the addition amount is too large, the dispersibility is good, but it is not conductive. When the addition amount is too small, the volume resistance value is lowered but the dispersibility is inferior.
- the dispersibility is improved by optimizing the cleaning solvent.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
優れた分散安定性と高い粘度を兼ね備えると共に、比較的低温で焼成することができる無機粒子分散体を提供する。本発明は、表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、分散媒と、を含み、当該分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、保護分散剤の酸価が1~200であり、保護分散剤の添加量が、無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、を特徴とする無機粒子分散体、を提供する。
Description
本発明は、金属粒子を含有する無機粒子分散体に関し、より具体的には、優れた分散安定性を有し、かつ、比較的低温での金属部品の接合、電子材料の配線や電極に好適に用いることができる無機粒子分散体に関する。
従来、比表面積が大きく反応活性が高い金属ナノ粒子(又は金属コロイド粒子)は、バルクや金属原子に比べて、低温で融着(低温焼結)する性質を有することが知られており、この特性を活かし、例えば無機粒子分散体(導電性ペースト)として多様な分野への応用が期待されている。ここで、無機粒子分散体の適用範囲を種々の印刷方法に拡大するためには、無機粒子分散体の粘度調整が極めて重要となる。
例えば、特許文献1(特開2009-097074号公報)等においては、金属ナノ粒子(A)と、この金属ナノ粒子(A)を被覆する保護コロイド(B)とで構成された金属コロイド粒子、およびこの金属コロイド粒子の分散媒を含むペーストであって、前記保護コロイド(B)が、アミン類(B1)と、炭素数4以上のカルボン酸(B2)とで構成されている金属ナノ粒子ペースト、が提案されている。
上記特許文献1の金属ナノ粒子ペーストにおいては、金属ナノ粒子を被覆する保護コロイドを、有機質バインダー(樹脂バインダー)ではなく、低温で蒸発又は分解しやすく、バインダーとしても作用する特定の化合物で構成しているため、比較的厚い膜を形成するスクリーン印刷法や、凹版印刷法によっても、低温で焼結パターンを形成できる、としている。
また、特許文献2(特開2010-150543号公報)では、銀ナノ粒子と、炭化水素溶媒と、アルコール共溶媒と、を含む、インク組成物であり、前記炭化水素溶媒は、少なくとも5個の炭素原子から20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素または7個の炭素原子から18個の炭素原子を有する芳香族炭化水素であり、前記アルコール共溶媒は、重量で大部分がα-テルピネオールであるテルピネオール溶媒であるインク組成物、が提案されている。
上記特許文献2のインク組成物においては、銀ナノ粒子が炭化水素溶媒とアルコール共溶媒の混合物中に溶解または分散されており、改善されたインク安定性および均一な印刷特徴によって、60μmという低い線幅を達成することができることに加え、異なる表面エネルギーを有する様々な基材表面上に噴射させ、印刷特徴を得ることができる、としている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の金属ナノ粒子ペーストにおいては、金属ナノ粒子の分散安定性が十分に確保されていない。また、上記特許文献2に記載のインク組成物においては、分散安定性のためにドデカンのような炭化水素溶媒(炭素数5~20)や芳香族炭化水素を併用することが必須となっており、これらの炭化水素溶媒の使用に伴って、低粘度のインクしか実現することができない。
また、従来、金属ナノ粒子を含むインク組成物の粘度を高める手法としては、当該金属ナノ粒子の濃度増加や増粘剤の添加が知られているが、金属ナノ粒子の濃度を高くすると溶媒の比率が低下し、印刷適性や保湿性を担保することができない。一方で、増粘剤を添加すると、金属ナノ粒子の分散性及びインク組成物の導電性が低下する。
以上のような状況に鑑み、本発明の目的は、広い粘度範囲(特に高粘度範囲)で優れた分散安定性を有すると共に、比較的低温で焼成することができる無機粒子分散体を提供することにある。
ここで、通常のインクジェットや反転オフセット印刷用のインクは、5~15mPa・sという低粘度範囲で調整を行うのが一般的である。つまり、粘度が15mPa・s以上の場合、印刷技術で使用するインクとしては高粘度であると言える。
本発明者は、上記目的を達成すべく無機粒子分散体の組成や分散剤等について鋭意研究を重ねた結果、適当な溶媒を選定し、酸価を有する分散剤を添加すること等が、極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、
表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、
顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、
分散媒と、を含み、
前記分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、
前記保護分散剤の酸価が1~200であり、
前記保護分散剤の添加量が、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、
を特徴とする無機粒子分散体を提供する。
表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、
顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、
分散媒と、を含み、
前記分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、
前記保護分散剤の酸価が1~200であり、
前記保護分散剤の添加量が、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、
を特徴とする無機粒子分散体を提供する。
ここで、本発明の無機粒子分散体においては、前記短鎖アミンがアルキルアミン及び/又はアルコキシアミンからなること、が好ましく、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、2-メトキシエチルアミン、2-エトキシエチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、3-エトキシプロピルアミン、4-メトキシブチルアミンから成る群より選択される少なくとも1種であること、がより好ましい。
上記の構成を有する本発明の無機粒子分散体は、低分子量のアミンを含むため低温での焼結が可能、即ち低温焼結性に優れており、高分子分散剤を含むため分散性に優れており長期的な分散安定性が確保できる。また、低温焼結性に寄与する成分(主として炭素数6以下のアルキルアミン)と分散安定性に寄与する成分(主として高分子分散剤)を併用することで無機粒子の表面に両成分が吸着し、それぞれの性質を発現する。なお、上記のように高分子分散剤を含むことにより分散安定性が確保できることから、汎用印刷適性のために種々の物性調製剤の添加が可能である。
無機粒子の表面の少なくとも一部に存在するアミンを、炭素数が6以下である短鎖アミンとすることで、加熱によって無機粒子の表面の少なくとも一部に付着したアミンを容易に除去することができ、無機粒子(金属粒子)の良好な低温焼結性(例えば、100~350℃における焼結性)を担保することができる。
また、上記高分子分散剤は、顔料親和性基が側鎖に存在し、溶媒和部分を構成する側鎖を有するグラフト構造のもの(下記櫛形構造の高分子(1));主鎖に、顔料親和性基を有するもの(下記高分子(共重合体)(2)及び上記直鎖状の高分子(3))であるので、無機粒子からなるコロイド粒子の分散性が良好であり、無機粒子に対する保護コロイドとして好適である。上記高分子分散剤を使用することにより、無機粒子を高い濃度で含有する無機粒子分散体からなる無機粒子分散体(導電性インク及び導電性ペースト)を得ることができる。
更に、本発明の無機粒子分散体は、無機粒子合成後に添加される酸価を有する保護分散剤(即ち、無機粒子を分散させるための酸価を有する保護分散剤)を含むことを特徴とする。ここでいう「酸価を有する保護分散剤」とは、吸着基乃至は官能基としてアミン価や水酸基価等を有さない分散剤全てを包含するものである。かかる保護分散剤を用いることで、溶媒中の無機粒子の分散安定性を向上させることができる。当該保護分散剤の酸価は1~200であり、当該分散剤がリン酸由来の官能基を有することが好ましい。「酸価を有する保護分散剤」が好ましい理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、金属への吸着作用だけではなく、短鎖アミンと相互作用することによって、より密な形態で吸着することができ、低温焼結性を有しつつ高い分散性を発現させているものと考えている。
保護分散剤の酸価が1以上であるとアミンと配位し粒子表面が塩基性となっている金属物への酸塩基相互作用での吸着が起こり始め、200以下であると過度に吸着サイトを有さないため好適な形態で吸着するからである。また、保護分散剤がリン酸由来の官能基を有することでリンPが酸素Oを介して金属Mと相互作用し引き合うので金属や金属化合物との吸着には最も効果的であり、必要最小限の吸着量で好適な分散性を得ることができるからである。ここで「酸価」とは、試料1g中に含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数で表される。酸価の測定法として、指示薬法(p-ナフトールベンゼイン指示薬)や電位差滴定法をあげることができる。
・ISO6618-1997:指示薬滴定法による中和価試験法→指示薬滴定法(酸価)に対応
・ISO6619-1988:電位差滴定法(酸価)→電位差滴定法(酸価)に対応
・ISO6618-1997:指示薬滴定法による中和価試験法→指示薬滴定法(酸価)に対応
・ISO6619-1988:電位差滴定法(酸価)→電位差滴定法(酸価)に対応
また、当該保護分散剤の添加量は、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下である。保護分散剤の含有量が0.1%以上であれば得られる無機粒子分散体の分散安定性が良くなるが、含有量が多過ぎる場合は低温焼結性が低下することとなる。このような観点から、保護分散剤のより好ましい含有量は0.3~10質量%であり、更に好ましい含有量は0.5~8質量%である。
また、本発明の無機粒子分散体においては、前記分散媒の含有量が1~90質量%であること、が好ましい。分散媒の含有量が1質量%以上であれば、安定した分散性が得られる傾向があり、90質量%以下であれば、インクから形成した被膜が良好な導電性を発現する傾向がある。分散媒のより好ましい含有量は20~80質量%であり、更に好ましい含有量は30~70質量%である。
また、本発明の無機粒子分散体においては、前記分散媒が、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソトリデカノール、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、p-サイメン、ピネン、ピナン、リモネン、イソボルニルアセテート、カルベオール、カリオフィレン、ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノールからなる群より選択される少なくとも一種であること、が好ましい。
本実施形態の分散体は、更に、熱分析によって室温から200℃まで加熱したときの重量減少率が5%以下であり、かつ、200℃から500℃まで加熱したときの重量減少率が10%以下であることが好ましい。ここで、200℃までの重量減少率は主として低温焼結性に寄与する低温成分である短鎖アミンの含有量を示し、200~500℃での高温性分の重量減少率は主として分散安定性に寄与する酸価の分散剤の含有量を示す。短鎖アミンや高温成分が過剰になると低温焼結性が損なわれる。即ち、室温から200℃まで加熱したときの重量減少率が5%以下で、200℃から500℃まで加熱したときの重量減少率が10%以下であれば低温焼結性がより優れる。
更に、本発明の無機粒子分散体においては、前記分散媒が沸点150℃以上の脂肪酸を0.5~10質量%含んでいること、が好ましく、前記脂肪酸がステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びリシノール酸からなる群より選択される少なくとも一種であること、がより好ましい。分散媒に脂肪酸が含まれていることで、無機粒子(金属粒子)の融着速度(焼成速度)を適度に遅らせることができ、有機成分の揮発と金属粒子の融着とのバランスがよくなり、より強固な接合層を得ることができる。
本発明によれば、優れた分散安定性と高い粘度を兼ね備えると共に、比較的低温で焼成することができる無機粒子分散体を提供することができる。
以下、本発明の無機粒子分散体の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明の一実施形態を示すに過ぎずこれらによって本発明が限定されるものではなく、また、重複する説明は省略することがある。
本実施形態の無機粒子分散体は、
表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、
顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、
分散媒と、を含み、
前記分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、
前記保護分散剤の酸価が1~200であり、
前記保護分散剤の添加量が、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、
を特徴とする。
表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、
顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、
分散媒と、を含み、
前記分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、
前記保護分散剤の酸価が1~200であり、
前記保護分散剤の添加量が、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、
を特徴とする。
上述のとおり、上記無機粒子分散体は、無機粒子の合成時だけでなく、当該無機粒子を分散させたい粘度の分散媒(特に高粘度の分散媒)に酸価を有する保護分散剤を添加することで、無機粒子の分散性が著しく向上している。また、良好な低温焼結を有している。
無機粒子分散体の粘度を高粘度(15mPa・s以上)とするためには、高粘度・高沸点溶媒であるテルペン系材料等を分散媒として用いることが好ましい。しかしながら、有機溶媒に分散させた無機粒子はテルペン系材料の官能基(OH基等)が粒子を不安定化させる傾向にあるため、単独もしくは主溶媒としてテルペン系材料を用いることが困難である。
これに対し、本実施形態の無機粒子分散体では、高分子分散剤について種々検討し、無機粒子の製造後に酸価を有する高分子分散剤(保護分散剤)を少量添加することで、導電性を維持したまま無機粒子の分散性を飛躍的に向上させている。ここで、酸価を有さない保護分散剤を用いても分散性は改善されず、酸価が高すぎる場合も同様に効果は得られない。
酸価を有する保護分散剤は無機粒子への吸着作用だけでなく、短鎖アミンと相互作用することによって、より密な形態で吸着することができ、高い分散性が発現するものと考えられる。また、酸価を有する高分子分散剤をテルペン系材料(分散媒)への分散性が向上する理由については必ずしも明らかではないが、保護分散剤を後添加することで、保護分散剤が無機粒子に吸着せず溶媒中に浮遊する。ここで、浮遊している当該保護分散剤は、テルペン系材料である高粘度分散媒中での無機粒子凝集抑制効果が大きく、無機粒子の分散安定性への寄与が大きいことが原因であると考えられる。なお、保護分散剤を後添加しない場合は、沈殿精製の際の洗浄操作で無機粒子に吸着した保護分散剤以外は除去されるため、浮遊する保護分散剤は基本的には存在しない。
保護分散剤は分散媒に予め添加しておくことが好ましいが、無機粒子を分散媒に分散させた後に添加してもよい。なお、保護分散剤を分散媒に添加する方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法で添加すればよい。
本実施形態の無機粒子分散体は、熱分析によって室温から200℃まで加熱したときの重量減少率が5質量%以下であり、かつ、200℃から500℃まで加熱したときの重量減少率が10質量%以下であること、が好ましい。ここで、200℃までの重量減少率は主として低温焼結性に寄与する低温成分(主として炭素数6以下の短鎖アミン)の含有量を示し、200~500℃での重量減少率は主として分散安定性に寄与する高温成分(主として高分子分散剤)の含有量を示す。
低温成分が過剰になると分散安定性が損なわれ、高温成分が過剰になると低温焼結性が損なわれる。即ち、室温から200℃まで加熱したときの重量減少率が5質量%以下であれば分散安定性がより優れ、200℃から500℃まで加熱したときの重量減少率が10質量%以下であれば低温焼結性がより優れる。
本実施形態の無機粒子分散体には、主成分として、後述する無機粒子(金属粒子)がコロイド化した金属コロイド粒子が含まれるが、かかる金属コロイド粒子の形態に関しては、例えば、金属粒子の表面の一部に有機物が付着して構成されている金属コロイド粒子、上記金属粒子をコアとして、その表面が有機物で被覆されて構成されている金属コロイド粒子、それらが混在して構成されている金属コロイド粒子等が挙げられるが、特に限定されない。なかでも、金属粒子をコアとして、その表面が有機物で被覆されて構成されている金属コロイド粒子が好ましい。当業者は、上述した形態を有する金属コロイド粒子を、当該分野における周知技術を用いて適宜調製することができる。
本実施形態の無機粒子分散体は、金属粒子と有機物とで構成されるコロイド粒子を主成分とする流動体であり、金属粒子、金属コロイド粒子を構成する有機物のほかに、金属コロイド粒子を構成しない有機物、分散媒又は残留還元剤等を含んでいてもよい。
基材上に本実施形態の無機粒子分散体を塗布する方法としては、例えば、ディッピング、スクリーン印刷、スプレー方式、バーコート法、スピンコート法、インクジェット法、ディスペンサー法、ピントランスファー法、スタンピング法、刷毛による塗布方式、流延法、フレキソ法、グラビア法、オフセット法、転写法、親疎水パターン法、又はシリンジ法等のなかから適宜選択して採用することができるようになる。
粘度の調整は、金属粒子の粒径の調整、有機物の含有量の調整、分散媒その他の成分の添加量の調整、各成分の配合比の調整、増粘剤の添加等によって行うことができる。本実施形態の無機粒子分散体の粘度は、コーンプレート型粘度計(例えばアントンパール社製のレオメーターMCR301)により測定することができる。
以下、本実施形態の無機粒子分散体の各成分について、より詳細に説明する。
(1-1)無機粒子(金属粒子)について
本実施形態の無機粒子分散体の無機粒子としては、特に限定されるものではなく、例えば金、銀、銅、ニッケル、ビスマス、スズ、鉄並びに白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金)のうちの少なくとも1種が挙げられる。上記金属としては、金、銀、銅、ニッケル、ビスマス、スズ又は白金族元素よりなる群から選択される少なくとも1種の金属の粒子であることが好ましく、更には、銅又は銅よりもイオン化傾向が小さい(貴な)金属、即ち、金、白金、銀及び銅のうちの少なくとも1種であるのが好ましい。これらの金属は単独で用いても、2種以上を併用して用いてもよく、併用する方法としては、複数の金属を含む合金粒子を用いる場合や、コア-シェル構造や多層構造を有する金属粒子を用いる場合がある。
本実施形態の無機粒子分散体の無機粒子としては、特に限定されるものではなく、例えば金、銀、銅、ニッケル、ビスマス、スズ、鉄並びに白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金)のうちの少なくとも1種が挙げられる。上記金属としては、金、銀、銅、ニッケル、ビスマス、スズ又は白金族元素よりなる群から選択される少なくとも1種の金属の粒子であることが好ましく、更には、銅又は銅よりもイオン化傾向が小さい(貴な)金属、即ち、金、白金、銀及び銅のうちの少なくとも1種であるのが好ましい。これらの金属は単独で用いても、2種以上を併用して用いてもよく、併用する方法としては、複数の金属を含む合金粒子を用いる場合や、コア-シェル構造や多層構造を有する金属粒子を用いる場合がある。
例えば、上記無機粒子分散体の無機粒子として銀粒子を用いる場合、本実施形態の無機粒子分散体を用いて形成した塗布層(塗膜)の導電率は良好となるが、マイグレーションの問題を考慮して、銀及びその他の金属からなる無機粒子分散体を用いることによって、マイグレーションを起こりにくくすることができる。当該「その他の金属」としては、上述のイオン化列が水素より貴である金属、即ち金、銅、白金、パラジウムが好ましい。
本実施形態の無機粒子分散体における金属粒子(乃至は金属コロイド粒子)の平均粒径は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されるものではないが、融点降下が生じるような平均粒径を有するのが好ましく、例えば、1~200nmであればよい。更には、2~100nmであるのが好ましい。金属粒子の平均粒径が1nm以上であれば、良好な塗膜を形成可能な無機粒子分散体が得られ、金属粒子製造がコスト高とならず実用的である。また、200nm以下であれば、金属粒子の分散性が経時的に変化しにくく、好ましい。
また、必要に応じてミクロンメートルサイズの金属粒子を併用して添加することも可能である。そのような場合は、ナノメートルサイズの金属粒子がミクロンメートルサイズの金属粒子の周囲で融点降下することにより、良好な導電パスを得ることができる。
本発明者は、特にこのように融点降下を発現する粒径の小さい金属粒子を用い、当該金属粒子の表面の少なくとも一部に付着しているアミンを含む無機粒子分散体において、特定の温度範囲における加熱時の重量減少率を特定の範囲に最適化にすることで、そうではない無機粒子分散体に比べて、低温焼結性及び分散安定性がバランスよく向上することを見出した。
なお、本実施形態の無機粒子分散体における金属粒子の粒径は、一定でなくてもよい。また、無機粒子分散体が、任意成分として、後述する分散媒、樹脂成分、増粘剤又は表面張力調整剤等を含む場合、平均粒径が200nm超の金属コロイド粒子成分を含む場合があるが、凝集を生じたりせず、本発明の効果を著しく損なわない成分であればかかる200nm超の平均粒径を有する粒子成分を含んでもよい。
ここで、本実施形態の無機粒子分散体における金属粒子の粒径は、動的光散乱法、小角X線散乱法、広角X線回折法で測定することができる。ナノサイズの金属粒子の融点降下を示すためには、広角X線回折法で求めた結晶子径が適当である。例えば広角X線回折法では、より具体的には、理学電機(株)製のRINT-UltimaIIIを用いて、回折法で2θが30~80°の範囲で測定することができる。この場合、試料は、中央部に深さ0.1~1mm程度の窪みのあるガラス板に表面が平坦になるように薄くのばして測定すればよい。また、理学電機(株)製のJADEを用い、得られた回折スペクトルの半値幅を下記のシェラー式に代入することにより算出された結晶子径(D)を粒径とすればよい。
D=Kλ/Bcosθ
ここで、K:シェラー定数(0.9)、λ:X線の波長、B:回折線の半値幅、θ:ブラッグ角である。
D=Kλ/Bcosθ
ここで、K:シェラー定数(0.9)、λ:X線の波長、B:回折線の半値幅、θ:ブラッグ角である。
(1-2)炭素数6以下の短鎖アミン
本実施形態の無機粒子分散体において、無機粒子の表面の少なくとも一部には炭素数が6以下である短鎖アミンが付着している。なお、無機粒子の表面には、原料に最初から不純物として含まれる微量有機物、後述する製造過程で混入する微量有機物、洗浄過程で除去しきれなかった残留還元剤、残留分散剤等のように、微量の有機物が付着していてもよい。
本実施形態の無機粒子分散体において、無機粒子の表面の少なくとも一部には炭素数が6以下である短鎖アミンが付着している。なお、無機粒子の表面には、原料に最初から不純物として含まれる微量有機物、後述する製造過程で混入する微量有機物、洗浄過程で除去しきれなかった残留還元剤、残留分散剤等のように、微量の有機物が付着していてもよい。
短鎖アミンは炭素数が6以下であれば特に限定されず、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、また、側鎖を有していてもよいが、アルキルアミン及び/又はアルコキシアミンからなること、が好ましく、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、2-メトキシエチルアミン、2-エトキシエチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、3-エトキシプロピルアミン、4-メトキシブチルアミンから成る群より選択される少なくとも1種であること、がより好ましい。
上記短鎖アミンは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、カルボニル基、エステル基、メルカプト基等の、アミン以外の官能基を含む化合物であってもよい。また、上記アミンは、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。加えて、常圧での沸点が300℃以下、更には250℃以下であることが好ましい。
本実施形態の無機粒子分散体は、本発明の効果を損なわない範囲であれは、上記の炭素数が6以下である短鎖アミンに加えて、カルボン酸を含んでいてもよい。カルボン酸の一分子内におけるカルボキシル基が、比較的高い極性を有し、水素結合による相互作用を生じ易いが、これら官能基以外の部分は比較的低い極性を有する。更に、カルボキシル基は、酸性的性質を示し易い。また、カルボン酸は、本実施形態の無機粒子分散体中で、無機粒子の表面の少なくとも一部に局在化(付着)すると(即ち、無機粒子の表面の少なくとも一部を被覆すると)、溶媒と無機粒子とを十分に親和させることができ、無機粒子同士の凝集を防ぐことができる(分散性を向上させる。)。
カルボン酸としては、少なくとも1つのカルボキシル基を有する化合物を広く用いることができ、例えば、ギ酸、シュウ酸、酢酸、ヘキサン酸、アクリル酸、オクチル酸、オレイン酸等が挙げられる。カルボン酸の一部のカルボキシル基が金属イオンと塩を形成していてもよい。なお、当該金属イオンについては、2種以上の金属イオンが含まれていてもよい。
上記カルボン酸は、例えば、アミノ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボニル基、エステル基、メルカプト基等の、カルボキシル基以外の官能基を含む化合物であってもよい。この場合、カルボキシル基の数が、カルボキシル基以外の官能基の数以上であることが好ましい。また、上記カルボン酸は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。加えて、常圧での沸点が300℃以下、更には250℃以下であることが好ましい。また、アミンとカルボン酸はアミドを形成する。当該アミド基も無機粒子表面に適度に吸着するため、無機粒子表面にはアミド基が付着していてもよい。
無機粒子と当該無機粒子の表面に付着した有機物(上記炭素数が6以下である短鎖アミン等)によってコロイドが構成される場合、当該コロイド中の有機成分の含有量は、0.5~50質量%であることが好ましい。有機成分含有量が0.5質量%以上であれば、得られる無機粒子分散体の貯蔵安定性が良くなる傾向があり、50質量%以下であれば、無機粒子分散体を加熱して得られる焼成体の導電性が良い傾向がある。有機成分のより好ましい含有量は1~30質量%であり、更に好ましい含有量は2~15質量%である。
(1-3)高分子分散剤
本実施形態の無機粒子分散体に含まれる高分子分散剤は、顔料親和性基が側鎖に存在し、溶媒和部分を構成する側鎖を有するグラフト構造のもの(下記櫛形構造の高分子(1));主鎖に、顔料親和性基を有するもの(下記高分子(共重合体)(2)及び上記直鎖状の高分子(3))である。そのため、無機粒子からなるコロイド粒子の分散性が良好であり、無機粒子に対する保護コロイドとして好適である。上記高分子分散剤を使用することにより、無機粒子を高い濃度で含有する無機粒子分散体からなる無機粒子分散体を得ることができる。
本実施形態の無機粒子分散体に含まれる高分子分散剤は、顔料親和性基が側鎖に存在し、溶媒和部分を構成する側鎖を有するグラフト構造のもの(下記櫛形構造の高分子(1));主鎖に、顔料親和性基を有するもの(下記高分子(共重合体)(2)及び上記直鎖状の高分子(3))である。そのため、無機粒子からなるコロイド粒子の分散性が良好であり、無機粒子に対する保護コロイドとして好適である。上記高分子分散剤を使用することにより、無機粒子を高い濃度で含有する無機粒子分散体からなる無機粒子分散体を得ることができる。
ここで、上記高分子分散剤について、上記顔料親和性基とは、無機粒子からなる顔料の表面に対して強い吸着力を有する官能基をいい、例えば、第3級アミノ基、第4級アンモニウム、塩基性窒素原子を有する複素環基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等を挙げることができる。本発明において、上記顔料親和性基は、金属粒子に対して強い親和力を示す。上記高分子量顔料分散剤は、上記顔料親和性基を有することにより、金属粒子の保護コロイドとして充分な性能を発揮することができる。
上記櫛形構造の高分子(1)は、上記顔料親和性基を有する複数の側鎖とともに、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を主鎖に結合した構造のものであり、これらの側鎖があたかも櫛の歯のように主鎖に結合されているものである。本明細書中、上述の構造を櫛形構造と称する。上記櫛形構造の高分子(1)において、上記顔料親和性基は、側鎖末端に限らず、側鎖の途中や主鎖中に複数存在していてもよい。なお、上記溶媒和部分は、溶媒に親和性を有する部分であって、親水性又は疎水性の構造をいう。上記溶媒和部分は、例えば、水溶性の重合鎖、親油性の重合鎖等から構成されている。
上記櫛形構造の高分子(1)としては特に限定されず、例えば、特開平5-177123号公報に開示されている1個以上のポリ(カルボニル-C3~C6-アルキレンオキシ)鎖を有し、これらの各鎖が3~80個のカルボニル-C3~C6-アルキレンオキシ基を有しかつアミド又は塩架橋基によってポリ(エチレンイミン)に結合されている構造のポリ(エチレンイミン)又はその酸塩からなるもの;特開昭54-37082号公報に開示されているポリ(低級アルキレン)イミンと、遊離のカルボン酸基を有するポリエステルとの反応生成物よりなり、各ポリ(低級アルキレン)イミン連鎖に少なくとも2つのポリエステル連鎖が結合されたもの;特公平7-24746号公報に開示されている末端にエポキシ基を有する高分子量のエポキシ化合物に、アミン化合物と数平均分子量300~7000のカルボキシル基含有プレポリマーとを同時に又は任意順に反応させて得られる顔料分散剤等を挙げることができる。
上記櫛形構造の高分子(1)は、顔料親和性基が1分子中に2~3000個存在するものが好ましい。2個未満であると、分散安定性が充分ではなく、3000個を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、金属粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、25~1500個である。
上記櫛形構造の高分子(1)は、溶媒和部分を構成する側鎖が1分子中に2~1000存在するものが好ましい。2未満であると、分散安定性が充分ではなく、1000を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、金属粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、5~500である。
上記櫛形構造の高分子(1)は、数平均分子量が2000~1000000であることが好ましい。2000未満であると、分散安定性が充分ではなく、1000000を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、金属粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、4000~500000である。
上記主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子(共重合体)(2)は、複数の顔料親和性基が主鎖にそって配置されているものであり、上記顔料親和性基は、例えば、主鎖にペンダントしているものである。本明細書中、上記顔料親和部分は、上記顔料親和性基が1つ又は複数存在して、無機粒子からなる顔料表面に吸着するアンカーとして機能する部分をいう。
上記共重合体(2)としては、例えば、特開平4-210220号公報に開示されているポリイソシアネートと、モノヒドロキシ化合物及びモノヒドロキシモノカルボン酸又はモノアミノモノカルボン酸化合物の混合物、並びに、少なくとも1つの塩基性環窒素とイソシアネート反応性基とを有する化合物との反応物;特開昭60-16631号公報、特開平2-612号公報、特開昭63-241018号公報に開示されているポリウレタン/ポリウレアよりなる主鎖に複数の第3級アミノ基又は塩基性環式窒素原子を有する基がペンダントした高分子;特開平1-279919号公報に開示されている水溶性ポリ(オキシアルキレン)鎖を有する立体安定化単位、構造単位及びアミノ基含有単位からなる共重合体であって、アミン基含有単量単位が第3級アミノ基若しくはその酸付加塩の基又は第4級アンモニウムの基を含有しており、該共重合体1g当たり0.025~0.5ミリ当量のアミノ基を含有する共重合体;特開平6-100642号公報に開示されている付加重合体からなる主鎖と、少なくとも1個のC1~C4 アルコキシポリエチレン又はポリエチレン-コプロピレングリコール(メタ)アクリレートからなる安定化剤単位とからなり、かつ、2500~20000の重量平均分子量を有する両親媒性共重合体であって、主鎖は、30重量%までの非官能性構造単位と、合計で70重量%までの安定化剤単位及び官能性単位を含有しており、上記官能性単位は、置換されているか又は置換されていないスチレン含有単位、ヒドロキシル基含有単位及びカルボキシル基含有単位であり、ヒドロキシル基とカルボキシル基、ヒドロキシル基とスチレン基及びヒドロキシル基とプロピレンオキシ基又はエチレンオキシ基との比率が、それぞれ、1:0.10~26.1;1:0.28~25.0;1:0.80~66.1である両親媒性高分子等を挙げることができる。
上記共重合体(2)は、顔料親和性基が1分子中に2~3000個存在するものが好ましい。2個未満であると、分散安定性が充分ではなく、3000個を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、無機粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、25~1500個である。
上記共重合体(2)は、数平均分子量が2000~1000000であることが好ましい。2000未満であると、分散安定性が充分ではなく、1000000を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、無機粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、4000~500000である。
上記主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子(3)は、主鎖の片末端のみに1つ又は複数の顔料親和性基からなる顔料親和部分を有しているが、顔料表面に対して充分な親和性を有するものである。
上記直鎖状の高分子(3)としては特に限定されず、例えば、特開昭46-7294号公報に開示されている一方が塩基性であるA-Bブロック型高分子;米国特許第4656226号明細書に開示されているAブロックに芳香族カルボン酸を導入したA-Bブロック型高分子;米国特許第4032698号明細書に開示されている片末端が塩基性官能基であるA-Bブロック型高分子;米国特許第4070388号明細書に開示されている片末端が酸性官能基であるA-Bブロック型高分子;特開平1-204914号公報に開示されている米国特許第4656226号明細書に記載のAブロックに芳香族カルボン酸を導入したA-Bブロック型高分子の耐候黄変性を改良したもの等を挙げることができる。
上記直鎖状の高分子(3)は、顔料親和性基が1分子中に2~3000個存在するものが好ましい。2個未満であると、分散安定性が充分ではなく、3000個を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、無機粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、5~1500個である。
上記直鎖状の高分子(3)は、数平均分子量が1000~1000000であることが好ましい。1000未満であると、分散安定性が充分ではなく、1000000を超えると、粘度が高すぎて取り扱いが困難となり、また、無機粒子からなるコロイド粒子の粒度分布が必要以上に広くなり、分散安定性が低下する場合がある。より好ましくは、2000~500000である。
上記高分子分散剤としては、市販されているものを使用することもできる。上記市販品としては、例えば、ソルスパース(SOLSPERSE)11200、ソルスパース13940、ソルスパース16000、ソルスパース17000、ソルスパース18000、ソルスパース20000、ソルスパース24000、ソルスパース26000、ソルスパース27000、ソルスパース28000(日本ルーブリゾール(株)製;ディスパービック(DISPERBYK)102;ディスパービック110、ディスパービック111、ディスパービック142、ディスパービック160、ディスパービック161、ディスパービック162、ディスパービック163、ディスパービック166、ディスパービック170、ディスパービック174、ディスパービック180、ディスパービック182、ディスパービック184、ディスパービック190、ディスパービック2155、BYK-P104、BYK-P105(ビックケミー・ジャパン(株)製);EFKA-46、EFKA-47、EFKA-48、EFKA-49(EFKAケミカル社製);ポリマー100、ポリマー120、ポリマー150、ポリマー400、ポリマー401、ポリマー402、ポリマー403、ポリマー450、ポリマー451、ポリマー452、ポリマー453(EFKAケミカル社製);アジスパーPB711、アジスパーPA111、アジスパーPB811、アジスパーPW911(味の素社製);フローレンDOPA-15B、フローレンDOPA-22、フローレンDOPA-17、フローレンTG-730W、フローレンG-700、フローレンTG-720W(共栄社化学工業(株)製)等を挙げることができる。
高分子分散剤は、これらのなかでも、前記が、ソルスパース11200、ソルスパース13940、ソルスパース16000、ソルスパース17000、ソルスパース18000、ソルスパース28000、ディスパービック142、ディスパービック174又はディスパービック2155であること、が、低温焼結性及び分散安定性の観点から好ましい。
本実施形態の無機粒子分散体における上記高分子分散剤の含有量は0.1~15質量%であるのが好ましい。上記高分子分散剤の含有量が0.1質量%以上であれば、得られる無機粒子分散体の分散安定性が良くなる傾向があり、15質量%以下であれば、無機粒子分散体の導電性が良くなる傾向がある。上記高分子分散剤のより好ましい含有量は0.5~5質量%であり、更に好ましい含有量は0.5~4質量%である。
(1-4)分散媒
本実施形態の無機粒子分散体は、顔料である無機粒子を分散させる分散媒を含む。かかる分散媒としては、従来公知のものを用いることができるが、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソトリデカノール、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、p-サイメン、ピネン、ピナン、リモネン、イソボルニルアセテート、カルベオール、カリオフィレン、ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノールからなる群より選択される少なくとも一種であること、が好ましい。
本実施形態の無機粒子分散体は、顔料である無機粒子を分散させる分散媒を含む。かかる分散媒としては、従来公知のものを用いることができるが、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソトリデカノール、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、p-サイメン、ピネン、ピナン、リモネン、イソボルニルアセテート、カルベオール、カリオフィレン、ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノールからなる群より選択される少なくとも一種であること、が好ましい。
従来の技術では、高粘度のテルペン系溶媒に無機粒子を分散させる場合、分散安定性のためにドデカンのような炭化水素系溶媒(炭素数5~20)や芳香族炭化水素を併用することが必須となっており、これらの炭化水素溶媒を使用することで、低粘度なインクしか得ることができなかった。また、無機粒子分散体を高粘度にするためには、無機粒子の濃度を増加させたり、増粘剤を添加したりすることが知られているが、無機粒子の濃度を増加させると溶媒の比率が低下するため、印刷適性や保湿性を保つことが困難である。また、増粘剤を添加する方法では、無機粒子の分散性や導電性が低下してしまう。これに対し、上記分散媒を用い、酸価を有する保護分散剤の添加を伴って無機粒子を分散させることで、優れた分散安定性と高い粘度を兼ね備えた無機粒子分散体を得ることができる。
本実施形態の無機粒子分散体における上記分散媒の含有量は、10~90質量%であるのが好ましい。上記分散媒の含有量が10質量%以上であれば、安定した分散性が得られる傾向があり、90質量%以下であれば、インクから形成した被膜が良好な導電性を発現する傾向がある。上記分散媒のより好ましい含有量は20~80質量%であり、更に好ましい含有量は30~70質量%である。
本実施形態の無機粒子分散体における上記分散媒には、更には、沸点150℃以上の脂肪酸が0.5~10質量%添加されていることが好ましい。分散媒に脂肪酸が含まれていることで、無機粒子(金属粒子)の融着速度(焼成速度)を適度に遅らせることができ、有機成分の揮発と金属粒子の融着とのバランスがよくなり、より強固な接合層を得ることができる。
上記脂肪酸はカルボキシル基を少なくとも一つ有していればよく、カルボキシル基以外の官能基を有していてもよい。脂肪酸はステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びリシノール酸からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。また、脂肪酸の炭素数が18以上であれば上述の有機成分の揮発と金属粒子の融着とのバランスがよくなり、より強固な接合層を得ることができる。
(1-5)保護分散剤
本実施形態の無機粒子分散体は、無機粒子合成後に添加される酸価を有する保護分散剤(即ち、無機粒子を分散させるための酸価を有する保護分散剤)を含むことを特徴とする。ここでいう「酸価を有する保護分散剤」とは、吸着基乃至は官能基としてアミン価や水酸基価等を有さない分散剤全てを包含するものである。かかる保護分散剤を用いることで、溶媒中の無機粒子の分散安定性を向上させることができる。当該保護分散剤の酸価は1~200であり、当該分散剤がリン酸由来の官能基を有することが好ましい。「酸価を有する保護分散剤」が好ましい理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、金属への吸着作用だけではなく、短鎖アミンと相互作用することによって、より密な形態で吸着することができ、低温焼結性を有しつつ高い分散性を発現させているものと考えている。
本実施形態の無機粒子分散体は、無機粒子合成後に添加される酸価を有する保護分散剤(即ち、無機粒子を分散させるための酸価を有する保護分散剤)を含むことを特徴とする。ここでいう「酸価を有する保護分散剤」とは、吸着基乃至は官能基としてアミン価や水酸基価等を有さない分散剤全てを包含するものである。かかる保護分散剤を用いることで、溶媒中の無機粒子の分散安定性を向上させることができる。当該保護分散剤の酸価は1~200であり、当該分散剤がリン酸由来の官能基を有することが好ましい。「酸価を有する保護分散剤」が好ましい理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、金属への吸着作用だけではなく、短鎖アミンと相互作用することによって、より密な形態で吸着することができ、低温焼結性を有しつつ高い分散性を発現させているものと考えている。
保護分散剤の酸価が1以上であるとアミンと配位し粒子表面が塩基性となっている金属物への酸塩基相互作用での吸着が起こり始め、200以下であると過度に吸着サイトを有さないため好適な形態で吸着するからである。また、保護分散剤がリン酸由来の官能基を有することでリンPが酸素Oを介して金属Mと相互作用し引き合うので金属や金属化合物との吸着には最も効果的であり、必要最小限の吸着量で好適な分散性を得ることができるからである。
また、当該保護分散剤の添加量は、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下である。保護分散剤の含有量が0.1%以上であれば得られる無機粒子分散体の分散安定性が良くなるが、含有量が多過ぎる場合は低温焼結性が低下することとなる。このような観点から、保護分散剤のより好ましい含有量は0.3~10質量%であり、更に好ましい含有量は0.5~8質量%である。
(1-6)その他の成分
本実施形態の無機粒子分散体には、上記の成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、使用目的に応じた適度な粘性、密着性、乾燥性又は印刷性等の機能を付与するために、分散媒や、例えばバインダーとしての役割を果たすオリゴマー成分、樹脂成分、有機溶剤(固形分の一部を溶解又は分散していてよい。)、界面活性剤、増粘剤又は表面張力調整剤等の任意成分を添加してもよい。かかる任意成分としては、特に限定されない。
本実施形態の無機粒子分散体には、上記の成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、使用目的に応じた適度な粘性、密着性、乾燥性又は印刷性等の機能を付与するために、分散媒や、例えばバインダーとしての役割を果たすオリゴマー成分、樹脂成分、有機溶剤(固形分の一部を溶解又は分散していてよい。)、界面活性剤、増粘剤又は表面張力調整剤等の任意成分を添加してもよい。かかる任意成分としては、特に限定されない。
任意成分のうちの分散媒としては、本発明の効果を損なわない範囲で種々のものを使用可能であり、例えば炭化水素及びアルコール等が挙げられる。
炭化水素としては、脂肪族炭化水素、環状炭化水素及び脂環式炭化水素等が挙げられ、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。脂肪族炭化水素としては、例えば、テトラデカン、オクタデカン、ヘプタメチルノナン、テトラメチルペンタデカン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、トリデカン、メチルペンタン、ノルマルパラフィン、イソパラフィン等の飽和又は不飽和脂肪族炭化水素が挙げられる。環状炭化水素としては、例えば、トルエン、キシレン等が挙げられる。更に、脂環式炭化水素としては、例えば、リモネン、ジペンテン、テルピネン、ターピネン(テルピネンともいう。)、ネソール、シネン、オレンジフレーバー、テルピノレン、ターピノレン(テルピノレンともいう。)、フェランドレン、メンタジエン、テレベン、ジヒドロサイメン、モスレン、イソテルピネン、イソターピネン(イソテルピネンともいう。)、クリトメン、カウツシン、カジェプテン、オイリメン、ピネン、テレビン、メンタン、ピナン、テルペン、シクロヘキサン等が挙げられる。
また、アルコールは、OH基を分子構造中に1つ以上含む化合物であり、脂肪族アルコール、環状アルコール及び脂環式アルコールが挙げられ、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、OH基の一部は、本発明の効果を損なわない範囲でアセトキシ基等に誘導されていてもよい。
脂肪族アルコールとしては、例えば、ヘプタノール、オクタノール(1-オクタノール、2-オクタノール、3-オクタノール等)、デカノール(1-デカノール等)、ラウリルアルコール、テトラデシルアルコール、セチルアルコール、2-エチル-1-ヘキサノール、オクタデシルアルコール、ヘキサデセノール、オレイルアルコール等の飽和又は不飽和C6-30脂肪族アルコール等が挙げられる。環状アルコールとしては、例えば、クレゾール、オイゲノール等が挙げられる。更に、脂環式アルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール等のシクロアルカノール、テルピネオール(α、β、γ異性体、又はこれらの任意の混合物を含む。)、ジヒドロテルピネオール等のテルペンアルコール(モノテルペンアルコール等)、ジヒドロターピネオール、ミルテノール、ソブレロール、メントール、カルベオール、ペリリルアルコール、ピノカルベオール、ソブレロール、ベルベノール等が挙げられる。
樹脂成分としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ブロックドイソシアネート等のポリウレタン系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、メラミン系樹脂又はテルペン系樹脂等を挙げることができ、これらはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶剤としては、上記の分散媒として挙げられたものを除き、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、2-プロピルアルコール、1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1-エトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシエタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、重量平均分子量が200以上1,000以下の範囲内であるポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、重量平均分子量が300以上1,000以下の範囲内であるポリプロピレングリコール、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、グリセリン又はアセトン等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
増粘剤としては、例えば、クレイ、ベントナイト又はヘクトライト等の粘土鉱物、例えば、ポリエステル系エマルジョン樹脂、アクリル系エマルジョン樹脂、ポリウレタン系エマルジョン樹脂又はブロックドイソシアネート等のエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体、キサンタンガム又はグアーガム等の多糖類等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤を添加してもよい。多成分溶媒系の金属コロイド分散液においては、乾燥時の揮発速度の違いによる被膜表面の荒れ及び固形分の偏りが生じ易い。本実施形態の無機粒子分散体に界面活性剤を添加することによってこれらの不利益を抑制し、均一な塗膜を形成することができる無機粒子分散体が得られる。
本実施形態において用いることのできる界面活性剤としては、特に限定されず、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤の何れを用いることができ、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、4級アンモニウム塩等が挙げられる。少量の添加量で効果が得られるので、フッ素系界面活性剤が好ましい。
(2)無機粒子分散体の調製
本実施形態の無機粒子分散体を製造するためには、主成分としての、表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子を調整する。
本実施形態の無機粒子分散体を製造するためには、主成分としての、表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子を調整する。
なお、「炭素数6以下の短鎖アミン」量及び重量減少率の調整は、特に限定しないが、加熱を行って調整するのが簡便である。無機粒子を作製する際に添加する「炭素数6以下のアルキルアミン」の量を調整することで行ってもよい。無機粒子調整後の洗浄条件や回数を変えてもよい。また、加熱はオーブンやエバポレーター等で行うことができる。加熱温度は50~300℃程度の範囲であればよく、加熱時間は数分間~数時間であればよい。加熱は減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱することで、より低い温度で有機物量の調整を行うことができる。常圧下で行う場合は、大気中でも不活性雰囲気中でも行うことができる。更に、有機分量の微調整のためにアミンを後で加えることもできる。
本実施形態の炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された無機粒子を調製する方法としては、特に限定されないが、例えば、無機粒子を含む分散液を調製し、次いで、その分散液の洗浄を行う方法等が挙げられる。無機粒子を含む分散液を調製する工程としては、例えば、下記のように、溶媒中に溶解させた金属塩(又は金属イオン)を還元させればよく、還元手順としては、化学還元法に基づく手順を採用すればよい。また、金属アミン錯体法を用いることもできる。
即ち、上記のような炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された無機粒子は、無機粒子を構成する金属の金属塩と、炭素数6以下の短鎖アミンと、上記高分子分散剤と、上記分散媒と、を含む原料液を還元することにより調製することができる。なお、原料液の成分の一部が溶解せず分散していてもよく、また、水が含まれていてもよい。
炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された無機粒子を得るための出発材料としては、種々の公知の金属塩又はその水和物を用いることができ、例えば、硝酸銀、硫酸銀、塩化銀、酸化銀、酢酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銀、亜硝酸銀、塩素酸銀、硫化銀等の銀塩;例えば、塩化金酸、塩化金カリウム、塩化金ナトリウム等の金塩;例えば、塩化白金酸、塩化白金、酸化白金、塩化白金酸カリウム等の白金塩;例えば、硝酸パラジウム、酢酸パラジウム、塩化パラジウム、酸化パラジウム、硫酸パラジウム等のパラジウム塩等が挙げられるが、適当な分散媒中に溶解し得、かつ還元可能なものであれば特に限定されない。また、これらは単独で用いても複数併用してもよい。
また、上記原料液においてこれらの金属塩を還元する方法は特に限定されず、例えば、還元剤を用いる方法、紫外線等の光、電子線、超音波又は熱エネルギーを照射する方法等が挙げられる。なかでも、操作の容易の観点から、還元剤を用いる方法が好ましい。
上記還元剤としては、例えば、ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、フェニドン、ヒドラジン等のアミン化合物;例えば、水素化ホウ素ナトリウム、ヨウ素化水素、水素ガス等の水素化合物;例えば、一酸化炭素、亜硫酸等の酸化物;例えば、硫酸第一鉄、酸化鉄、フマル酸鉄、乳酸鉄、シュウ酸鉄、硫化鉄、酢酸スズ、塩化スズ、二リン酸スズ、シュウ酸スズ、酸化スズ、硫酸スズ等の低原子価金属塩;例えば、エチレングリコール、グリセリン、ホルムアルデヒド、ハイドロキノン、ピロガロール、タンニン、タンニン酸、サリチル酸、D-グルコース等の糖等が挙げられるが、分散媒に溶解し上記金属塩を還元し得るものであれば特に限定されない。上記還元剤を使用する場合は、光及び/又は熱を加えて還元反応を促進させてもよい。
上記金属塩、炭素数6以下の短鎖アミン、分散溶媒及び還元剤を用いて、炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子を調製する具体的な方法としては、例えば、上記金属塩を有機溶媒(例えばトルエン等)に溶かして金属塩溶液を調製し、当該金属塩溶液に分散剤としての有機物を添加し、ついで、ここに還元剤が溶解した溶液を徐々に滴下する方法等が挙げられる。
上記のようにして得られた炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子を含む分散液には、金属粒子の他に、金属塩の対イオン、還元剤の残留物や分散剤が存在しており、液全体の電解質濃度や有機物濃度が高い傾向にある。このような状態の液は、電導度が高いので、金属粒子の凝析が起こり、沈殿し易い。あるいは、沈殿しなくても、金属塩の対イオン、還元剤の残留物、又は分散に必要な量以上の過剰な分散剤が残留していると、導電性を悪化させるおそれがある。そこで、上記金属粒子を含む溶液を洗浄して余分な残留物を取り除くことにより、有機物で被覆された金属粒子を確実に得ることができる。
上記洗浄方法としては、例えば、炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子を含む分散液を一定時間静置し、生じた上澄み液を取り除いた上で、アルコール(メタノール等)を加えて再度撹枠し、更に一定期間静置して生じた上澄み液を取り除く工程を幾度か繰り返す方法、上記の静置の代わりに遠心分離を行う方法、限外濾過装置やイオン交換装置等により脱塩する方法等が挙げられる。このような洗浄によって余分な残留物を取り除くと共に有機溶媒を除去することにより、本実施形態の炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子を得ることができる。
なお、沈殿を精製するための洗浄用溶媒は、メタノールや水等の高極性溶剤が用いられることが多いが、無機粒子の極性に合わせて、更に低極性の溶剤を用いることができる。例えば、アセトンやアセトンとメタノールとの混合溶媒等を用いることができる。
本実施形態のうち、金属コロイド分散液は、上記において得た炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子と、上記本実施形態で説明した分散媒と、を混合することにより得られる。かかる炭素数6以下の短鎖アミンで被覆された金属粒子と分散媒との混合方法は特に限定されるものではなく、攪拌機やスターラー等を用いて従来公知の方法によって行うことができる。スパチュラのようなもので撹拌したりして、適当な出力の超音波ホモジナイザーを当ててもよい。
複数の金属を含む金属コロイド分散液を得る場合、その製造方法としては特に限定されず、例えば、銀とその他の金属とからなる金属コロイド分散液を製造する場合には、上記の有機物で被覆された金属粒子の調製において、金属粒子を含む分散液と、その他の金属粒子を含む分散液とを別々に製造し、その後混合してもよく、銀イオン溶液とその他の金属イオン溶液とを混合し、その後に還元してもよい。
上記金属アミン錯体法を用いる場合は、例えば、炭素数が6以下である短鎖アミンを含むアミン混合液と、金属原子を含む金属化合物とを混合して、当該金属化合物とアミンを含む錯化合物を生成する第1工程と、当該錯化合物を加熱することで分解して金属粒子を生成する第2工程と、により金属粒子を製造すればよい。
例えば、銀を含むシュウ酸銀等の金属化合物とアミンから生成される錯化合物をアミンの存在下で加熱して、当該錯化合物に含まれるシュウ酸イオン等の金属化合物を分解して生成する原子状の銀を凝集させることにより、アミンの保護膜に保護された銀粒子を製造することができる。
このように、金属化合物の錯化合物をアミンの存在下で熱分解することで、アミンにより被覆された金属粒子を製造する金属アミン錯体分解法においては、単一種の分子である金属アミン錯体の分解反応により原子状金属が生成するため、反応系内に均一に原子状金属を生成することが可能であり、複数の成分間の反応により金属原子を生成する場合に比較して、反応を構成する成分の組成揺らぎに起因する反応の不均一が抑制され、特に工業的規模で多量の金属粉末を製造する際に有利である。
また、金属アミン錯体分解法においては、生成する金属原子にアミン分子が配位結合しており、当該金属原子に配位したアミン分子の働きにより凝集を生じる際の金属原子の運動がコントロールされるものと推察される。この結果として、金属アミン錯体分解法によれば非常に微細で、粒度分布が狭い金属粒子を製造することが可能となる。
更に、製造される金属微粒子の表面にも多数のアミン分子が比較的弱い力の配位結合を生じており、これらが金属粒子の表面に緻密な保護被膜を形成するため、保存安定性に優れる表面の清浄な被覆金属粒子を製造することが可能となる。また、当該被膜を形成するアミン分子は加熱等により容易に脱離可能であるため、非常に低温で焼結可能な金属粒子を製造することが可能となる。
また、固体状の金属化合物とアミンを混合して錯化合物等の複合化合物が生成する際に、被覆金属粒子の被膜を主に構成する長鎖・中鎖アミンに対して、炭素数が6以下である短鎖のアミンを混合して用いることにより、錯化合物等の複合化合物の生成が容易になり、短時間の混合で複合化合物を製造可能となる。また、当該短鎖のアミンを混合して用いることにより、各種の用途に応じた特性を有する被覆金属粒子の製造が可能である。
以上のようにして得られる本実施形態の無機粒子分散体は、そのままの状態で金属接合用組成物として使用することができるが、無機粒子分散体の分散安定性及び低温焼結性を損なわない範囲で種々の無機成分や有機成分を添加することができる。
(3)塗布方法
本実施形態の無機粒子分散体は、各種印刷方法を用いて塗布することができる。また、優れた分散安定性及び保湿効果(乾燥抑制効果)を有していることから、例えば、インクジェット印刷時において、高い吐出安定性を発揮することができる。
本実施形態の無機粒子分散体は、各種印刷方法を用いて塗布することができる。また、優れた分散安定性及び保湿効果(乾燥抑制効果)を有していることから、例えば、インクジェット印刷時において、高い吐出安定性を発揮することができる。
本実施形態の無機粒子分散体を用いれば、基材に塗布した後、比較的低温(例えば300℃以下、好ましくは150~250℃)で加熱・焼成して焼結させて導電性被膜を得ることができる。焼成を行う際、段階的に温度を上げたり下げたりすることもできる。また、無機粒子分散体を塗布する面に予め界面活性剤又は表面活性化剤等を塗布しておくことも可能である。
ここで、本実施形態の無機粒子分散体の「塗布」とは、無機粒子分散体を面状に塗布する場合も線状に塗布(描画)する場合も含む概念である。塗布されて、加熱・焼成される前の状態の無機粒子分散体からなる塗膜の形状は、所望する形状にすることが可能である。したがって、加熱・焼成により焼結した本実施形態の無機粒子分散体の塗膜は、面状の塗膜及び線状の塗膜のいずれも含む概念であり、これら面状の塗膜及び線状の塗膜は、連続していても不連続であってもよく、連続する部分と不連続の部分とを含んでいてもよい。
本実施形態において用いることのできる基材としては、無機粒子分散体を塗布して加熱・焼成して焼結させることのできるものであればよく、特に制限はないが、加熱・焼成時の温度により損傷しない程度の耐熱性を具備した部材であるのが好ましい。
このような基材を構成する材料としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルホン(PES)、ビニル樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、セラミクス、ガラス又は金属等を挙げることができる。
また、基材は、例えば板状又はストリップ状等の種々の形状であってよく、リジッドでもフレキシブルでもよい。基材の厚さも適宜選択することができる。接着性若しくは密着性の向上又はその他の目的ために、表面層が形成された部材や親水化処理等の表面処理を施した部材を用いてもよい。
無機粒子分散体を基材に塗布する工程では、種々の方法を用いることが可能であるが、上述のように、例えば、ディッピング、スクリーン印刷、スプレー式、バーコート式、スピンコート式、インクジェット式、ディスペンサー式、ピントランスファー法、スタンピング法、刷毛による塗布方式、流延式、フレキソ式、グラビア式、オフセット法、転写法、親疎水パターン法、又はシリンジ式等のなかから適宜選択して用いることができる。
本実施形態においては、無機粒子分散体がバインダー成分を含む場合は、塗膜の強度向上等の観点から、バインダー成分も焼結することになるが、場合によっては、各種印刷法へ適用するために無機粒子分散体の粘度を調整することをバインダー成分の主目的として、焼成条件を制御してバインダー成分を全て除去してもよい。
上記加熱・焼成を行う方法は特に限定されるものではなく、例えば従来公知のオーブン等を用いて、基材上に塗布または描画した上記無機粒子分散体の温度が、例えば300℃以下となるように加熱・焼成することによって焼結させることができる。上記加熱・焼成の温度の下限は必ずしも限定されず、本発明の効果を損なわない範囲の温度であればよい。ここで、上記焼結後の塗膜においては、なるべく高い強度を得るという点で、有機物の残存量は少ないほうがよいが、本発明の効果を損なわない範囲で有機物の一部が残存していても構わない。
(4)接合方法
本実施形態の無機粒子分散体を用いれば、加熱を伴う部材同士の接合において高い接合強度を得ることができる。即ち、無機粒子分散体を第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に塗布する接合用組成物塗布工程と、第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に塗布した無機粒子分散体を、所望の温度(例えば300℃以下、好ましくは150~250℃)で焼成して接合する接合工程と、により、第1の被接合部材と第2の被接合部材とを接合することができる。
本実施形態の無機粒子分散体を用いれば、加熱を伴う部材同士の接合において高い接合強度を得ることができる。即ち、無機粒子分散体を第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に塗布する接合用組成物塗布工程と、第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に塗布した無機粒子分散体を、所望の温度(例えば300℃以下、好ましくは150~250℃)で焼成して接合する接合工程と、により、第1の被接合部材と第2の被接合部材とを接合することができる。
この接合工程の際には、第1の被接合部材と第2の被接合部材とが対向する方向に加圧することもできるが、特に加圧しなくとも十分な接合強度を得ることができるのも本発明の利点のひとつである。また、焼成を行う際、段階的に温度を上げたり下げたりすることもできる。また、予め被接合部材表面に界面活性剤又は表面活性化剤等を塗布しておくことも可能である。
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、前記無機粒子分散体塗布工程での無機粒子分散体として、上述した本実施形態の無機粒子分散体を用いれば、第1の被接合部材と第2の被接合部材とを、高い接合強度をもってより確実に接合できる(接合体が得られる)ことを見出した。
ここで、本実施形態の無機粒子分散体の「塗布」とは、無機粒子分散体を面状に塗布する場合も線状に塗布(描画)する場合も含む概念である。塗布されて、加熱により焼成される前の状態の無機粒子分散体からなる塗膜の形状は、所望する形状にすることが可能である。したがって、加熱による焼成後の本実施形態の接合体では、無機粒子分散体は、面状の接合層及び線状の接合層のいずれも含む概念であり、これら面状の接合層及び線状の接合層は、連続していても不連続であってもよく、連続する部分と不連続の部分とを含んでいてもよい。
本実施形態において用いることのできる第1の被接合部材及び第2の被接合部材としては、無機粒子分散体を塗布して加熱により焼成して接合することのできるものであればよく、特に制限はないが、接合時の温度により損傷しない程度の耐熱性を具備した部材であるのが好ましい。
このような被接合部材を構成する材料としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルホン(PES)、ビニル樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、セラミクス、ガラス又は金属等を挙げることができるが、なかでも、金属製の被接合部材が好ましい。金属製の被接合部材が好ましいのは、耐熱性に優れているとともに、金属粒子を主成分とする本発明の無機粒子分散体との親和性に優れているからである。
また、被接合部材は、例えば板状又はストリップ状等の種々の形状であってよく、リジッドでもフレキシブルでもよい。基材の厚さも適宜選択することができる。接着性若しくは密着性の向上又はその他の目的ために、表面層が形成された部材や親水化処理等の表面処理を施した部材を用いてもよい。
無機粒子分散体を被接合部材に塗布する工程では、種々の方法を用いることが可能であるが、上述のように、例えば、ディッピング、スクリーン印刷、スプレー式、バーコート式、スピンコート式、インクジェット式、ディスペンサー式、ピントランスファー法、スタンピング法、刷毛による塗布方式、流延式、フレキソ式、グラビア式、オフセット法、転写法、親疎水パターン法、又はシリンジ式等のなかから適宜選択して用いることができる。
上記のように塗布した後の塗膜を、被接合部材を損傷させない範囲で、例えば300℃以下の温度に加熱することにより焼成し、接合体を得ることができる。本実施形態においては、先に述べたように、本実施形態の無機粒子分散体を用いるため、被接合部材に対して優れた密着性を有する接合層が得られ、強い接合強度がより確実に得られる。
本実施形態においては、無機粒子分散体がバインダー成分を含む場合は、接合層の強度向上及び被接合部材間の接合強度向上等の観点から、バインダー成分も焼結することになるが、場合によっては、各種印刷法へ適用するために無機粒子分散体の粘度を調整することをバインダー成分の主目的として、焼成条件を制御してバインダー成分を全て除去してもよい。
上記焼成を行う方法は特に限定されるものではなく、例えば従来公知のオーブン等を用いて、被接合部材上に塗布または描画した上記無機粒子分散体の温度が、例えば300℃以下となるように焼成することによって接合することができる。上記焼成の温度の下限は必ずしも限定されず、被接合部材同士を接合できる温度であって、かつ、本発明の効果を損なわない範囲の温度であることが好ましい。ここで、上記焼成後の無機粒子分散体においては、なるべく高い接合強度を得るという点で、有機物の残存量は少ないほうがよいが、本発明の効果を損なわない範囲で有機物の一部が残存していても構わない。
なお、本発明の無機粒子分散体には、有機物が含まれているが、従来の例えばエポキシ樹脂等の熱硬化を利用したものと異なり、有機物の作用によって焼成後の接合強度を得るものではなく、前述したように融着した金属粒子の融着によって十分な接合強度が得られるものである。このため、接合後において、接合温度よりも高温の使用環境に置かれて残存した有機物が劣化ないし分解・消失した場合であっても、接合強度の低下するおそれはなく、したがって耐熱性に優れている。
本実施形態の無機粒子分散体によれば、例えば150~250℃程度の低温加熱による焼成でも高い導電性を発現する接合層を有する接合を実現することができるため、比較的熱に弱い被接合部材同士を接合することができる。また、焼成時間は特に限定されるものではなく、焼成温度に応じて、接合できる焼成時間であればよい。
上記被接合部材と接合層との密着性を更に高めるため、上記被接合部材の表面処理を行ってもよい。上記表面処理方法としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、UV処理、電子線処理等のドライ処理を行う方法、基材上にあらかじめプライマー層や導電性ペースト受容層を設ける方法等が挙げられる。
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、無機粒子として金属粒子を採用した金属コロイド分散液について説明したが、例えば、導電性、熱伝導性、誘電性、イオン伝導性等に優れたスズドープ酸化インジウム、アルミナ、チタン酸バリウム、鉄リン酸リチウム等の無機粒子を用いることもできる。
以下、実施例において本発明の無機粒子分散体について更に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
≪実施例1≫
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gと、ヘキシルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:6、logP:2.1)2.5gと高分子分散剤であるDISPERBYK-174(ビックケミー社製)を0.3gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gと、ヘキシルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:6、logP:2.1)2.5gと高分子分散剤であるDISPERBYK-174(ビックケミー社製)を0.3gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
得られた混合液をオイルバスに移し、120℃で加熱撹拌を行った。撹拌の開始直後に二酸化炭素の発生を伴う反応が開始し、その後、二酸化炭素の発生が完了するまで撹拌を行うことで、銀微粒子がアミン混合物中に懸濁した懸濁液を得た(第2工程)。次に、当該懸濁液の分散媒を置換するため、メタノール10mLを加えて撹拌後、遠心分離により銀微粒子を沈殿させて分離し、分離した銀微粒子に対してメタノール10mLを加え、撹拌、遠心分離を行うことで銀微粒子を沈殿させて分離し、ターピネオールC2.4gに高分子分散剤SOLSPERSE16000(ルーブリゾール社製)を0.03g(銀固形分に対して1.5重量%)を加えて混合させたものに分散させ、銀微粒子分散体1を得た。
[評価試験]
(1)分散性
上記のようにして得た銀微粒子分散体1を容器中に静置し、室温1日後、沈殿の有無及び上澄みの状態を目視で観察することにより、銀コロイド分散液1の分散性を評価した。容器下に沈降物がほとんど認められない場合を「○」、沈降物が少量認められた場合を「△」、容器上下で明らかに濃度差があり、沈降物がはっきり認められる場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。ここで、室温とは25℃である。
(1)分散性
上記のようにして得た銀微粒子分散体1を容器中に静置し、室温1日後、沈殿の有無及び上澄みの状態を目視で観察することにより、銀コロイド分散液1の分散性を評価した。容器下に沈降物がほとんど認められない場合を「○」、沈降物が少量認められた場合を「△」、容器上下で明らかに濃度差があり、沈降物がはっきり認められる場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。ここで、室温とは25℃である。
(2)希釈性
上記のようにして得た銀微粒子分散体1を分散媒に100倍希釈したときの分散性を目視で評価した。分散した場合を「○」、一部凝集や銀鏡が見られた場合を「△」、凝集・沈殿が生じた場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。
上記のようにして得た銀微粒子分散体1を分散媒に100倍希釈したときの分散性を目視で評価した。分散した場合を「○」、一部凝集や銀鏡が見られた場合を「△」、凝集・沈殿が生じた場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。
(3)粘度測定
上記のようにして得た銀微粒子分散体1の粘度を、コーンプレート型粘度計(アントンパール社製レオメーター,MCR301)を用いて測定した。測定条件は、測定モード:せん断モード,せん断速度:10s-1,測定治具:コーンプレート(CP-50-2;直径50mm,アングル2°,ギャップ0.045mm),測定温度:25℃とした。結果を表1に示した。
上記のようにして得た銀微粒子分散体1の粘度を、コーンプレート型粘度計(アントンパール社製レオメーター,MCR301)を用いて測定した。測定条件は、測定モード:せん断モード,せん断速度:10s-1,測定治具:コーンプレート(CP-50-2;直径50mm,アングル2°,ギャップ0.045mm),測定温度:25℃とした。結果を表1に示した。
(4)体積抵抗値
上記のようにして得た銀微粒子分散体1をスライドガラスに刷毛塗りして塗膜を形成し、ギヤオーブン中で150℃・30分、又は200℃・30分の条件で加熱・焼成することにより焼結させ、導電性被膜を形成した。この被膜の体積抵抗値を、横川メータ&インスツルメンツ(株)製の直流精密測定器「携帯用ダブルブリッジ2769」を用いて測定した。具体的には、以下の式に基づき、測定端子間距離と導電性被膜の厚みから体積抵抗値を換算した。体積抵抗値が20μΩ・cm以下の場合を「○」、20μΩ・cm超の場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。
式:(体積抵抗値ρv)=
(抵抗値R)×(被膜幅w)×(被膜厚さt)/(端子間距離L)
上記のようにして得た銀微粒子分散体1をスライドガラスに刷毛塗りして塗膜を形成し、ギヤオーブン中で150℃・30分、又は200℃・30分の条件で加熱・焼成することにより焼結させ、導電性被膜を形成した。この被膜の体積抵抗値を、横川メータ&インスツルメンツ(株)製の直流精密測定器「携帯用ダブルブリッジ2769」を用いて測定した。具体的には、以下の式に基づき、測定端子間距離と導電性被膜の厚みから体積抵抗値を換算した。体積抵抗値が20μΩ・cm以下の場合を「○」、20μΩ・cm超の場合を「×」と評価した。結果を表1に示した。
式:(体積抵抗値ρv)=
(抵抗値R)×(被膜幅w)×(被膜厚さt)/(端子間距離L)
(5)有機分測定
上記のようにして得た銀微粒子分散体1に含まれる有機成分の含有量を、熱重量分析法で測定した。具体的には、銀微粒子分散体1の固形分を10℃/分の昇温速度で加熱し、室温~200℃及び200~500℃の重量減少量として有機成分の含有量を特定した。結果を表1に示した。ここで、室温とは25℃である。
上記のようにして得た銀微粒子分散体1に含まれる有機成分の含有量を、熱重量分析法で測定した。具体的には、銀微粒子分散体1の固形分を10℃/分の昇温速度で加熱し、室温~200℃及び200~500℃の重量減少量として有機成分の含有量を特定した。結果を表1に示した。ここで、室温とは25℃である。
≪実施例2≫
ジヒドロターピニルアセテートの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は実施例2と同様にして銀微粒子分散体2を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ジヒドロターピニルアセテートの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は実施例2と同様にして銀微粒子分散体2を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例3≫
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gの代わりに、3-メトキシプロピルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:-1.5)0.9g用いたこと以外は実施例2と同様にして銀微粒子分散体3を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gの代わりに、3-メトキシプロピルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:-1.5)0.9g用いたこと以外は実施例2と同様にして銀微粒子分散体3を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例4≫
ジヒドロターピネオールの代わりにターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)を用いたこと以外は実施例3と同様にして銀微粒子分散体4を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ジヒドロターピネオールの代わりにターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)を用いたこと以外は実施例3と同様にして銀微粒子分散体4を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例5≫
ターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)に加える高分子分散剤をSOLSPERSE16000から有効成分50%のBYK-P104(ビックケミー社製)を0.06g(銀固形分に対して1.5重量%)、としたこと以外は、実施例4と同様にして銀微粒子分散体5を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)に加える高分子分散剤をSOLSPERSE16000から有効成分50%のBYK-P104(ビックケミー社製)を0.06g(銀固形分に対して1.5重量%)、としたこと以外は、実施例4と同様にして銀微粒子分散体5を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例6≫
ターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)の代わりにジヒドロターピニルオキシエタノールを用いたこと以外は実施例4と同様にして銀微粒子分散体6を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)の代わりにジヒドロターピニルオキシエタノールを用いたこと以外は実施例4と同様にして銀微粒子分散体6を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例7≫
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.015g(銀固形分に対して0.75重量%)に変えたこと以外は実施例6と同様にして銀微粒子分散体7を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.015g(銀固形分に対して0.75重量%)に変えたこと以外は実施例6と同様にして銀微粒子分散体7を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例8≫
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をSOLSPERSE18000に変更し添加量は0.03g(銀固形分に対して1.5重量%)にしたこと以外は実施例2と同様にして得られた銀微粒子分散体8を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をSOLSPERSE18000に変更し添加量は0.03g(銀固形分に対して1.5重量%)にしたこと以外は実施例2と同様にして得られた銀微粒子分散体8を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例9≫
ブチルアミン0.9gと、ヘキシルアミン2.5gと高分子分散剤であるSOLSPERSE16000を0.3gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
ブチルアミン0.9gと、ヘキシルアミン2.5gと高分子分散剤であるSOLSPERSE16000を0.3gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
得られた混合液をオイルバスに移し、120℃で加熱撹拌を行った。撹拌の開始直後に二酸化炭素の発生を伴う反応が開始し、その後、二酸化炭素の発生が完了するまで撹拌を行うことで、銀微粒子がアミン混合物中に懸濁した懸濁液を得た(第2工程)。次に、当該懸濁液の分散媒を置換するため、メタノール/アセトン(比率4:1)の混合溶媒10mLを加えて撹拌後、遠心分離により銀微粒子を沈殿させて分離し、分離した銀微粒子に対して再度メタノール/アセトン(比率4:1)混合溶媒10mLを加え、撹拌、遠心分離を行うことで銀微粒子を沈殿させて分離し、ジヒドロターピニルオキシエタノール2.4gに高分子分散剤SOLSPERSE16000の量を0.002g(銀固形分に対して0.1重量%)を加え混合させたものに分散させ、銀微粒子分散体9を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪実施例10≫
DISPERBYK-174の代わりにSOLSPERSE16000を0.3g入れ、ターピネオールCの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は実施例1と同様にして得られた銀微粒子分散体10を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
DISPERBYK-174の代わりにSOLSPERSE16000を0.3g入れ、ターピネオールCの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は実施例1と同様にして得られた銀微粒子分散体10を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表1に示した。
≪比較例1≫
分散媒のターピネオールCの中に高分子分散剤を加えないこと以外は実施例1と同様にして比較銀微粒子分散体1を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
分散媒のターピネオールCの中に高分子分散剤を加えないこと以外は実施例1と同様にして比較銀微粒子分散体1を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例2≫
DISPERBYK-174の代わりに、SOLSPERSE16000を0.3g入れたこと以外は比較例1と同様にして比較銀微粒子分散体2を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
DISPERBYK-174の代わりに、SOLSPERSE16000を0.3g入れたこと以外は比較例1と同様にして比較銀微粒子分散体2を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例3≫
分散媒のターピネオールCの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は比較例1と同様にして比較銀微粒子分散体3を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
分散媒のターピネオールCの代わりにジヒドロターピネオールを用いたこと以外は比較例1と同様にして比較銀微粒子分散体3を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例4≫
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gと、ヘキシルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:6、logP:2.1)2.5gを用いないこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体4を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
ブチルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:4、logP:1.0)0.9gと、ヘキシルアミン(和光純薬工業(株)製試薬一級、炭素数:6、logP:2.1)2.5gを用いないこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体4を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例5≫
分散媒のジヒドロターピネオールの代わりにターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)を用いたこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体5を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
分散媒のジヒドロターピネオールの代わりにターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)を用いたこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体5を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例6≫
分散媒のターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)の代わりにジヒドロターピニルオキシエタノールを用いたこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体6を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
分散媒のターピニルオキシエタノール(テルソルブTOE-100:日本テルペン化学株式会社)の代わりにジヒドロターピニルオキシエタノールを用いたこと以外は比較例2と同様にして比較銀微粒子分散体6を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例7≫
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をSOLSPERSE11200に変更し添加量は0.03g(銀固形分に対して1.5重量%)にしたこと以外は実施例10と同様にして得られた比較銀微粒子分散体7を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をSOLSPERSE11200に変更し添加量は0.03g(銀固形分に対して1.5重量%)にしたこと以外は実施例10と同様にして得られた比較銀微粒子分散体7を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例8≫
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をBYK-P105(ビックケミー社製)を0.06g(銀固形分に対して1.5重量%)としたこと以外は実施例8と同様にして比較銀微粒子分散体8を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
ジヒドロターピネオールに加える高分子分散剤をBYK-P105(ビックケミー社製)を0.06g(銀固形分に対して1.5重量%)としたこと以外は実施例8と同様にして比較銀微粒子分散体8を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例9≫
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.001g(銀固形分に対して0.05重量%)に変えたこと以外は実施例9と同様にして比較銀微粒子分散体9を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.001g(銀固形分に対して0.05重量%)に変えたこと以外は実施例9と同様にして比較銀微粒子分散体9を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
≪比較例10≫
ブチルアミン0.9gと、ヘキシルアミン2.5gと高分子分散剤であるSOLSPERSE16000を0.4gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
ブチルアミン0.9gと、ヘキシルアミン2.5gと高分子分散剤であるSOLSPERSE16000を0.4gと、を混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、室温で攪拌を続けることでシュウ酸銀を粘性のある白色の物質へと変化させ、当該変化が外見的に終了したと認められる時点で撹拌を終了した(第1工程)。
得られた混合液をオイルバスに移し、120℃で加熱撹拌を行った。撹拌の開始直後に二酸化炭素の発生を伴う反応が開始し、その後、二酸化炭素の発生が完了するまで撹拌を行うことで、銀微粒子がアミン混合物中に懸濁した懸濁液を得た(第2工程)。次に、当該懸濁液の分散媒を置換するため、メタノール10mLを加えて撹拌後、遠心分離により銀微粒子を沈殿させて分離し、分離した銀微粒子に対して再度メタノール10mLを加え、撹拌、遠心分離を行うことで銀微粒子を沈殿させて分離し、ジヒドロターピニルオキシエタノール2.4gに分散させた比較銀微粒子分散体10を得た。
≪比較例11≫
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.3g(銀固形分に対して15重量%)にしたこと以外は実施例6と同様にして比較銀微粒子分散体11を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
ジヒドロターピニルオキシエタノールに加える高分子分散剤のSOLSPERSE16000の量を0.03gから0.3g(銀固形分に対して15重量%)にしたこと以外は実施例6と同様にして比較銀微粒子分散体11を得た。実施例1と同様の評価試験を行ない、結果を表2に示した。
表2に示す結果からわかるように、実施例のとおり、本発明の無機粒子分散体(銀微粒子分散体)は、低粘度であるジヒドロターピニルアセテートを溶媒とした銀微粒子分散体(銀微粒子分散体10)以外は、25℃において15mPa・s以上の高い粘度を有している。加えて、優れた分散性及び希釈性を有している。更に、良好な(十分に低い)体積抵抗値を示しており、優れた分散安定性と高い粘度を兼ね備えると共に、比較的低温で焼成することができる無機粒子分散体が得られていることが分かる。
これに対し、保護分散剤を後添加しない場合(比較無機粒子分散体1~3)、十分な分散性及び希釈性が得られていない。また、炭素数6以下の短鎖アミンを添加していない比較銀微粒子分散体4では、銀粒子を得ることができていない。
保護分散剤を後添加することなくテルペンエーテル系(ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノール)を分散媒として用いた場合(比較銀微粒子分散体5及び6)、銀微粒子が分散する無機粒子分散体を得ることができなかった。一方で、保護分散剤を銀微粒子合成後に後添加することで、テルペンエーテル系(ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノール)に対する銀微粒子の分散性が著しく改善されている(銀微粒子分散体4~7,9)。
銀微粒子分散体6,7,9、比較銀微粒子分散体11の比較により、保護分散剤の添加量が導電性と分散性に影響することが分かる。具体的には、添加量が多過ぎる場合は、分散性は良いが導通せず、添加量が少な過ぎる場合は、体積抵抗値は低くなるが分散性が劣る結果となる。
また、保護分散剤が酸価を有さない場合(比較銀微粒子分散体7)及び酸価が高すぎる場合(比較銀微粒子分散体8)では、十分な分散性が得られていない。
なお、銀微粒子分散体9より、洗浄溶剤の最適化により分散性が改善されることが分かる。
Claims (8)
- 表面の少なくとも一部に炭素数6以下の短鎖アミンを有する無機粒子と、
顔料親和性基を主鎖及び/若しくは複数の側鎖に有し、かつ、溶媒和部分を構成する複数の側鎖を有する櫛形構造の高分子、主鎖中に顔料親和性基からなる複数の顔料親和部分を有する高分子、又は、主鎖の片末端に顔料親和性基からなる顔料親和部分を有する直鎖状の高分子を含む高分子分散剤と、
分散媒と、を含み、
前記分散媒中に酸価を有する保護分散剤を含み、
前記保護分散剤の酸価が1~200であり、
前記保護分散剤の添加量が、前記無機粒子の固形分に対して0.1~10重量%以下であること、
を特徴とする無機粒子分散体。 - 前記短鎖アミンがアルキルアミン及び/又はアルコキシアミンからなること、
を特徴とする請求項1に記載の無機粒子分散体。 - 前記短鎖アミンがブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、2-メトキシエチルアミン、2-エトキシエチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、3-エトキシプロピルアミン、4-メトキシブチルアミンから成る群より選択される少なくとも1種であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の無機粒子分散体。 - 前記分散媒の含有量が1~90質量%であること、
を特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の無機粒子分散体。 - 前記分散媒が、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソトリデカノール、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、p-サイメン、ピネン、ピナン、リモネン、イソボルニルアセテート、カルベオール、カリオフィレン、ターピニルオキシエタノール、ジヒドロターピニルオキシエタノールからなる群より選択される少なくとも一種であること、
を特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の無機粒子分散体。 - 熱分析によって室温から200℃まで加熱した時の重量減少率が5%以下であり、かつ、200℃から500℃まで加熱した時の重量減少率が10%以下であること、
を特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の無機粒子分散体。 - 前記分散媒が沸点150℃以上の脂肪酸を0.5~10質量%含んでいること、
を特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の無機粒子分散体。 - 前記脂肪酸がステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びリシノール酸からなる群より選択される少なくとも一種であること、
を特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の無機粒子分散体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016528031A JP6290402B2 (ja) | 2015-05-13 | 2016-04-28 | 無機粒子分散体 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015-098002 | 2015-05-13 | ||
JP2015098002 | 2015-05-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016181636A1 true WO2016181636A1 (ja) | 2016-11-17 |
Family
ID=57248006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/002236 WO2016181636A1 (ja) | 2015-05-13 | 2016-04-28 | 無機粒子分散体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6290402B2 (ja) |
TW (1) | TW201700633A (ja) |
WO (1) | WO2016181636A1 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009097074A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-05-07 | Mitsuboshi Belting Ltd | 金属ナノ粒子ペーストおよびパターン形成方法 |
JP2010150543A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-07-08 | Xerox Corp | インク組成物 |
WO2014030310A1 (ja) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | バンドー化学株式会社 | 導電性ペースト |
JP2014194057A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Kyocera Chemical Corp | 銀微粒子の製造方法及び銀微粒子 |
WO2015190076A1 (ja) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | バンドー化学株式会社 | 銀微粒子分散体、銀微粒子及びその製造方法 |
-
2016
- 2016-04-28 JP JP2016528031A patent/JP6290402B2/ja active Active
- 2016-04-28 WO PCT/JP2016/002236 patent/WO2016181636A1/ja active Application Filing
- 2016-05-11 TW TW105114486A patent/TW201700633A/zh unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009097074A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-05-07 | Mitsuboshi Belting Ltd | 金属ナノ粒子ペーストおよびパターン形成方法 |
JP2010150543A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-07-08 | Xerox Corp | インク組成物 |
WO2014030310A1 (ja) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | バンドー化学株式会社 | 導電性ペースト |
JP2014194057A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Kyocera Chemical Corp | 銀微粒子の製造方法及び銀微粒子 |
WO2015190076A1 (ja) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | バンドー化学株式会社 | 銀微粒子分散体、銀微粒子及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2016181636A1 (ja) | 2017-05-25 |
JP6290402B2 (ja) | 2018-03-07 |
TW201700633A (zh) | 2017-01-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102318523B1 (ko) | 은미립자 분산체, 은미립자 및 그 제조방법 | |
JP5495465B1 (ja) | 導電性ペースト | |
JP6349310B2 (ja) | 金属接合用組成物 | |
EP2907602B1 (en) | Dispersion-liquid bonding composition | |
EP2772328B1 (en) | Composition for bonding | |
JP6220966B2 (ja) | 銀微粒子組成物 | |
JP6329703B1 (ja) | 導電性ペースト及び導電性パターンの形成方法 | |
WO2015162881A1 (ja) | 接合用組成物及びそれを用いた金属接合体 | |
EP3378585A1 (en) | Bonding composition | |
WO2016067599A1 (ja) | 接合用組成物 | |
JP6290402B2 (ja) | 無機粒子分散体 | |
TW201829652A (zh) | 凹版轉印用導電性糊劑、導電性圖案的形成方法以及導電性基板的製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2016528031 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16792365 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16792365 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |