JP2015010256A - フレーク状銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも表面にリシノール酸を有するアスペクト比が1.5以上のフレーク状銀粉であり、表面にリシノール酸を有することにより、樹脂を含むビヒクルとの相溶性が向上し、高充填することができるために銀粉同士の接触性が高まって導電性が大幅に向上する。製造方法は、銀粉作製工程と、フレーク化工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含んでなる。
【選択図】なし
Description
また、前記樹脂硬化型の導電性ペーストにおいて、銀粉表面に多価カルボン酸を付着させることにより、特性の改善を図ることが提案されている(特許文献3参照)。
しかしながら、前記特許文献3に記載の技術では、フレーク状銀粉と球状銀粉を併用しており、銀粉に付着させる多価カルボン酸の最適化が図られていないので、十分満足できる性能が得られておらず、更なる改良、改善が望まれている。
本発明のフレーク状銀粉は、少なくとも表面にリシノール酸を有する。
前記フレーク状銀粉は、表面にリシノール酸を有することにより、樹脂を含むビヒクルとの相溶性が向上し、高充填することができるために銀粉同士の接触性が高まって導電性が大幅に向上する、と本発明者は推定している。この効果は、後述する実施例で示すようにリシノール酸を用いた場合に特異的に得られるものである。
前記アスペクト比は、(平均長径L/平均厚みT)により求めることができる。ここで、前記「平均長径L」と前記「平均厚みT」は、走査型電子顕微鏡で測定したフレーク状銀粉100個の平均長径と平均厚みを示す。
前記平均粒径が、1μm未満であると、フレーク状銀粉同士の接触面積が十分でなく、導電性ペーストに配合し、前記導電性ペーストを用いて形成される導電膜の導電性を十分高くすることができず、8μmを超えると、導電性ペーストに配合し、前記導電性ペーストを用いて形成される導電膜の外周の凹凸が大きくなり、また、前記導電性ペーストの粘度が低くなってしまうことがある。
前記リシノール酸は、下記構造式で表される不飽和脂肪酸であり、天然ではトウゴマの種子に存在する。なお、ひまし油の構成脂肪酸の約90%はリシノール酸のトリグリセリドである。
ここで、銀粉に付着した表面処理剤(リシノール酸、市販のリシノール酸に不純物として含まれるリシノール酸以外の脂肪酸、分散剤などを含む)の量は、以下のようにして測定することができる。なお、この方法では、リシノール酸のみを区別して測定できないが、リシノール酸の付着量を予測することはできる。
前記フレーク状銀粉を所定量(例えば、2g)準備して精密に秤量する。前記精秤した銀粉へ酸を添加し銀溶液とする。添加する酸としては、濃度6M〜12Mの硝酸等が好ましく使用できる。酸の添加量は、精秤した銀粉の反応当量に比して過剰量を加える。例えば、濃度6M〜10Mの硝酸を添加するなら20mLを加える。当該溶解の際、混合物の温度が50℃以下を保つように留意し、銀溶液のpH値は3以下とすることが好ましい。
前記銀溶液の液温が常温(25℃)となったら、ここへ、リシノール酸を溶解可能であり、25℃で液体であり、沸点50℃以下であり、水に不溶である有機溶媒(例えば、ジクロロメタンが好ましい。)を、銀溶液量と同量程度添加し十分に撹拌する。当該構成により、リシノール酸は、安定的に有機相へ移行する。そこで、前記銀溶液と有機溶剤との混合物を、遠心分離法等により水相と有機相とに分液する。分液が完了したら水相と有機相とを分け、有機相から試料を所定量(例えば、2mL)分取する。
前記分取試料を多孔質ボードに含浸させた後、前記多孔質ボードを加熱して有機溶媒を蒸発乾燥させて乾固させる。当該乾固させた多孔質ボードを、例えば、炭素分析計(株式会社堀場製作所製、EMIA−510)を使用して炭素量を測定する。なお、前記炭素分析計は、既知量の表面処理剤を含有する標準試料により予め校正し、検量線を作成しておく。測定された炭素量から、フレーク状銀粉に付着した表面処理剤の定量を行うことができる。なお、この分析により表面処理剤が存在するか否かも判定できる。
前記フレーク状銀粉を所定量(例えば、2g)準備して精密に秤量する。当該精秤した銀粉へトルエンを添加し洗浄する。洗浄液を固液分離して、トルエンの洗浄ろ液を回収する。回収したトルエンの洗浄ろ液を蒸発させて、乾燥残量物を得る。この乾燥残留物について、例えば、FT−IR装置(ThermoELECTRON社製、Nicolet4700)を使用して分析を行うことで、リシノール酸の定性判定ができる。
本発明のフレーク状銀粉の製造方法は、本発明の前記フレーク状銀粉の製造方法であって、銀粉作製工程と、フレーク化工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含んでなる。
前記銀粉作製工程は、湿式還元法により銀粉を作製する工程である。なお、前記湿式還元法の詳細については、例えば、特開平7−76710号公報などに記載されている。
前記銀粉作製工程においては、銀塩含有水溶液にアルカリ又は錯化剤を加えて、酸化銀含有スラリー又は銀錯塩含有水溶液を生成し、還元剤及び分散剤としてリシノール酸を加えて銀粒子を還元析出させることが好ましい。これにより、異種の脂肪酸の混在が少なくなり、リシノール酸に特異的な上記効果が発揮されやすくなる。
前記フレーク化工程は、銀粉及び滑剤としてリシノール酸を、ボールを用いてフレーク化処理する工程である。
前記フレーク化工程において、滑剤としてリシノール酸を用いることにより、フレーク化銀粉の表面にリシノール酸を付着させることができる。
前記ボール(メディア)の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、アルミナ、ジルコニア等のセラミック、などを挙げることができ、中でも、製品へのコンタミネーションを考えると、ステンレスが好ましい。
前記ボール(メディア)のフレーク化処理時における添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、フレーク化処理する銀粉に対し、質量で1倍〜50倍が好ましい。前記添加量が1倍未満であると、十分なアスペクト比が得られないことがあり、50倍を超えると、1回にフレーク化処理できる銀粉の量が少なくなり、処理コストが高くなることがある。
前記その他の工程としては、例えば、洗浄工程、乾燥工程、などが挙げられる。
本発明の導電性ペーストは、本発明の前記フレーク状銀粉を用いて作製される導電性ペーストであり、例えば、樹脂硬化型の導電性ペースト、などが挙げられる。
前記導電性ペーストの粘度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃で、3Pa・s〜100Pa・sが好ましく、3Pa・s〜15Pa・sがより好ましい。
前記導電性ペーストの粘度が、3Pa・s未満であると、印刷時に「にじみ」が発生することがあり、100Pa・sを超えると、印刷むらが発生することがある。
前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの混合物、などが挙げられる。
前記導電性ペーストにおける、前記フレーク状銀粉の含有量としても、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、本発明の前記フレーク状銀粉と他の銀粉とを混合させてもよい。
<フレーク状銀粉の作製>
−銀粉作製工程−
銀イオン水溶液としての2.7質量%の硝酸銀水溶液375kgに、25質量%アンモニア水溶液19kgを加えて、銀アンミン錯体水溶液を生成した。生成した銀アンミン錯体水溶液に還元剤として37質量%ホルマリン水溶液25kgを加えた。また、還元剤を加えた直後に、分散剤としてステアリン酸(和光純薬工業株式会社製)10gを加え、銀粉を含むスラリーを生成した。得られたスラリーをろ過、水洗した後、乾燥熱処理して、銀粉を10kg得た。
得られた銀粉に、滑剤としてのリシノール酸(和光純薬工業株式会社製)を銀粉に対して0.2質量%となる量を加えてよく混ぜ、SUSボール(直径1.6mm)とともに転動ボールミルに入れて、回転数71rpm、処理時間15時間の条件でフレーク化処理を実施し、フレーク状銀粉を得た。なお、銀粉とSUSボール分離の後、粗粒を除去するために目開き40μmの篩をかけた。実施例1で得られたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図1に示した。
<フレーク状銀粉の作製>
−銀粉作製工程−
銀イオン水溶液としての2.7質量%の硝酸銀水溶液375kgに、25質量%アンモニア水溶液19kgを加えて、銀アンミン錯体水溶液を生成した。生成した銀アンミン錯体水溶液に還元剤として37質量%ホルマリン水溶液25kgを加えた。また、還元剤を加えた直後に、分散剤としてリシノール酸(和光純薬工業株式会社製)10gを加え、銀粉を含むスラリーを生成した。得られたスラリーをろ過、水洗した後、乾燥熱処理して、銀粉を10kg得た。
得られた銀粉に、滑剤としてのリシノール酸(和光純薬工業株式会社製)を銀粉に対して0.2質量%となる量を加えてよく混ぜ、SUSボール(直径1.6mm)とともに転動ボールミルに入れて、回転数71rpm、処理時間15時間の条件でフレーク化処理を実施し、フレーク状銀粉を得た。なお、銀粉とSUSボール分離の後、粗粒を除去するために目開き40μmの篩をかけた。実施例2で得られたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図2に示した。
<フレーク状銀粉の作製>
−銀粉作製工程−
銀イオン水溶液としての2.7質量%の硝酸銀水溶液375kgに、25質量%アンモニア水溶液19kgを加えて、銀アンミン錯体水溶液を生成した。生成した銀アンミン錯体水溶液に還元剤として37質量%ホルマリン水溶液25kgを加えた。また、還元剤を加えた直後に、分散剤としてステアリン酸(和光純薬工業株式会社製)10gを加え、銀粉を含むスラリーを生成した。得られたスラリーをろ過、水洗した後、乾燥熱処理して、銀粉を10kg得た。
得られた銀粉に、滑剤としてのステアリン酸(和光純薬工業株式会社製)を銀粉に対して0.2質量%となる量を加えてよく混ぜ、SUSボール(直径1.6mm)とともに転動ボールミルに入れて、回転数71rpm、処理時間15時間の条件でフレーク化処理を実施し、フレーク状銀粉を得た。なお、銀粉とSUSボール分離の後、粗粒を除去するために目開き40μmの篩をかけた。比較例1で得られたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図3に示した。
<球状銀粉の作製>
Agを43.16g含有する硝酸銀溶液を3,887g準備し、そこへ濃度28質量%のアンモニア水溶液を97.1g加えて銀イオンを含有する水性反応系を調製し、液温を34.5℃とした。
前記銀イオンを含有する水性反応系へ、分子量600のポリエチレンイミン(PEI)をAg質量に対して0.1質量%(43.16mg)を加え、更に還元剤としてヒドラジン水溶液7.5gを加え十分に撹拌し、銀粉を含むスラリーを得た。
更に、得られた銀粉を含むスラリーに0.23質量%のステアリン酸(和光純薬工業株式会社製)を加え、十分に撹拌した後、熟成させた。熟成されたスラリーを濾過、水洗し、解砕して銀粉を得た。比較例2で得られた銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図4に示した。
<球状銀粉の作製>
Agを43.16g含有する硝酸銀溶液を3,887g準備し、そこへ、28質量%のアンモニア水溶液を97.1g加えて銀イオンを含有する水性反応系を調製し、液温を34.5℃とした。
銀イオンを含有する水性反応系へ、分子量600のポリエチレンイミン(PEI)をAg質量に対して0.1質量%(43.16mg)を加え、更に還元剤としてヒドラジン水溶液7.5gを加え十分に撹拌し、銀粉を含むスラリーを得た。
更に、得られた銀粉を含むスラリーに0.18質量%のリシノール酸(和光純薬工業株式会社製)を加え、十分に撹拌した後、熟成させた。熟成されたスラリーを濾過、水洗し、解砕して銀粉を得た。比較例3で得られた銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図5に示した。
作製した各銀粉のアスペクト比は、(平均長径L/平均厚みT)から求めた。ここで、「平均長径L」と「平均厚みT」は、走査型電子顕微鏡で測定した粒子100個の平均長径と平均厚みを示す。
比表面積(BET)は、MONOSORB装置(湯浅アイオニクス株式会社製)で、He70%、N230%のキャリアガスを用い、銀粉3gをセルに入れて脱気を60℃で10分間行った後、BET1点法により測定を行った。
作製した各銀粉0.3gをイソプロピルアルコール30mLに入れ、45W超音波洗浄器にて5分間処理後、処理液に対しマイクロトラック9320−X100(ハネウエル−日機装社製)を用いて粒径を測定した。その際の累積50質量%粒径(D50)を銀粉の平均粒径とし、累積10質量%粒径(D10)、累積90質量%粒径(D90)の値も求めた。
・各銀粉・・・75質量部
・ポリエステル樹脂(東洋紡績株式会社製、バイロン300)・・・7.5質量部
・溶剤(ECA(酢酸ジエチレングリコールモノ−n−エチルエーテル)、和光純薬工業株式会社製)・・・17.5質量部
得られた導電性ペーストの粘度を、E型粘度計(BROOKFIELD社製、DV−III+)を用い、コーンスピンドルCP−52、ペースト温度25℃、回転数5rpmの条件で測定した。
また、1rpm(ずり速度2sec−1)で5分間と、5rpm(ずり速度10sec−1)で1分間の値を測定し、チクソ比(TI値)=1rpm/5rpmを求めた。
・印刷装置:株式会社ムラカミ製 MS−300
・印刷条件:スキージ圧0.3MPa、膜は、幅500μm、長さ37.5mmの回路形成をした。
得られた膜を、大気循環式乾燥機を用い、130℃、30分間の条件で加熱処理し、導電膜を形成した。
得られた導電膜について、以下のようにして、平均厚み、体積抵抗率、及び密着強度を評価した。結果を表1に示した。
得られた導電膜を、表面粗さ計(株式会社小坂研究所製、SE−30D)を用いて、PETフィルム上で膜を印刷していない部分と導電膜の部分との段差を測定することにより、導電膜の平均厚みを測定した。
デジタルマルチメーター(ADVANTEST社製、R6551)を用いて、導電膜の長さ(間隔)の位置の抵抗値を測定した。導電膜のサイズ(膜厚、幅、長さ)より、導電膜の体積を求め、この体積と測定した抵抗値から、体積抵抗率を求めた。なお、図6に実施例1、2及び比較例1の体積抵抗率の値を示した。
印刷された8.5mm×10mmのベタパターンに、カッターナイフとクロスカットガイドを使用し、1mm幅×11本、縦横の切り込みを入れ、10マス×10マスの碁盤目(100マス)を作製した。この切り込み上にセロテープ(登録商標)(積水化学株式会社製、オリエンテープNo.830)を張り、爪でよく擦って密着させた後、セロテープを急速に引き剥がし(0.5秒〜1秒)、剥がれずに完全に膜が残っているマスの数を数えた。
<1> 少なくとも表面にリシノール酸を有することを特徴とするフレーク状銀粉である。
<2> アスペクト比(平均長径/平均厚み)が1.5より大きい前記<1>に記載のフレーク状銀粉である。
<3> 前記<1>から<2>のいずれかに記載のフレーク状銀粉の製造方法であって、
湿式還元法により銀粉を製造する銀粉製造工程と、
銀粉及び滑剤としてリシノール酸を、ボールを用いてフレーク化処理するフレーク化工程を含むことを特徴とするフレーク状銀粉の製造方法である。
<4> 銀粉製造工程において、銀塩含有水溶液にアルカリ又は錯化剤を加えて、酸化銀含有スラリー又は銀錯塩含有水溶液を生成し、還元剤及び分散剤としてリシノール酸を加えて銀粒子を還元析出させる前記<3>に記載のフレーク状銀粉の製造方法である。
<5> 前記<1>から<2>のいずれかに記載のフレーク状銀粉を含むことを特徴とする導電性ペーストである。
Claims (5)
- 少なくとも表面にリシノール酸を有することを特徴とするフレーク状銀粉。
- アスペクト比(平均長径/平均厚み)が1.5より大きい請求項1に記載のフレーク状銀粉。
- 請求項1から2のいずれかに記載のフレーク状銀粉の製造方法であって、
湿式還元法により銀粉を製造する銀粉製造工程と、
銀粉及び滑剤としてリシノール酸を、ボールを用いてフレーク化処理するフレーク化工程を含むことを特徴とするフレーク状銀粉の製造方法。 - 銀粉製造工程において、銀塩含有水溶液にアルカリ又は錯化剤を加えて、酸化銀含有スラリー又は銀錯塩含有水溶液を生成し、還元剤及び分散剤としてリシノール酸を加えて銀粒子を還元析出させる請求項3に記載のフレーク状銀粉の製造方法。
- 請求項1から2のいずれかに記載のフレーク状銀粉を含むことを特徴とする導電性ペースト。
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