JP2015209498A - 銀インク組成物及びその製造方法並びに導電体 - Google Patents
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Abstract
Description
これまでに金属銀の製造方法としては、例えば、金属銀の形成材料として、ベヘン酸銀、ステアリン酸銀、α−ケトカルボン酸銀、β−ケトカルボン酸銀等の有機酸銀を用いる方法が開示されている。これらの方法では、例えば、金属銀の形成材料が配合されてなる銀インク組成物を調製し、これを基材上に印刷して、得られた印刷物に加熱(焼成)処理等の後処理を施すことで、金属銀を形成できる。なかでも、β−ケトカルボン酸銀は、約210℃以下の低温で加熱処理しても速やかに金属銀を形成することが可能である(特許文献1参照)。
本発明の銀インク組成物の製造方法においては、前記組成物(B)の25℃におけるせん断速度0.1〜1000s−1でのせん断粘度が1Pa・s以上であることが好ましい。
また、本発明は、前記製造方法で製造され、25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度が1Pa・s以上であることを特徴とする銀インク組成物を提供する。
また、本発明は、前記銀インク組成物を用いて、金属銀を形成して得られたことを特徴とする導電体を提供する。
本発明に係る銀インク組成物の製造方法は、式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀(以下、「カルボン酸銀」と略記する)と、炭素数25以下のアミン化合物及び第4級アンモニウム塩、アンモニア、並びに前記アミン化合物又はアンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩からなる群から選択される一種以上の含窒素化合物(以下、「含窒素化合物」と略記する)と、還元剤と、が配合されてなる組成物(A)に、前記含窒素化合物に二酸化炭素が供給されてなる組成物(B)を添加する工程(以下、「添加工程」と略記する)を有することを特徴とする。
前記製造方法によれば、組成物(B)を用いて組成物(A)を希釈することにより、得られる銀インク組成物は、印刷パターンの線太りが顕著に抑制される。
前記組成物(A)は、前記カルボン酸銀、含窒素化合物及び還元剤が配合されてなり、それ自体が銀インク組成物として使用可能なものであり、希釈対象の、ベースとなる銀インク組成物に相当する。
前記カルボン酸銀は、分解によって金属銀を形成する、金属銀の形成材料である。
前記カルボン酸銀は、式「−COOAg」で表される基を有していれば特に限定されない。例えば、式「−COOAg」で表される基の数は1個のみでもよいし、2個以上でもよい。また、カルボン酸銀中の式「−COOAg」で表される基の位置も特に限定されない。
なお、本明細書においては、単なる「カルボン酸銀」との記載は、特に断りの無い限り、「β−ケトカルボン酸銀(1)」及び「カルボン酸銀(4)」だけではなく、これらを包括する、「式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀」を意味するものとする。
Y1はそれぞれ独立にフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は水素原子であり;R1は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基又はフェニル基であり;R2は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり;R3は炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり;R4及びR5はそれぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基であり;R6は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり;
X1はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはベンジル基、シアノ基、N−フタロイル−3−アミノプロピル基、2−エトキシビニル基、又は一般式「R7O−」、「R7S−」、「R7−C(=O)−」若しくは「R7−C(=O)−O−」で表される基であり;
R7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、チエニル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはジフェニル基である。)
β−ケトカルボン酸銀(1)は、前記一般式(1)で表される。
式中、Rは1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよい炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基若しくはフェニル基、水酸基、アミノ基、又は一般式「R1−CY1 2−」、「CY1 3−」、「R1−CHY1−」、「R2O−」、「R5R4N−」、「(R3O)2CY1−」若しくは「R6−C(=O)−CY1 2−」で表される基である。
Rにおける環状の前記アルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、トリシクロデシル基が例示できる。
Rにおける前記アルキニル基としては、エチニル基(−C≡CH)、プロパルギル基(−CH2−C≡CH)等の、Rにおける前記アルキル基の炭素原子間の1個の単結合(C−C)が三重結合(C≡C)に置換された基が例示できる。
置換基である前記脂肪族炭化水素基としては、炭素数が1〜16である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR2は、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR3は、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり、炭素数が1〜16である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR4及びR5は、それぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基である。すなわち、R4及びR5は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素数が1〜18である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR6は、炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり、R6における前記脂肪族炭化水素基としては、炭素数が1〜19である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
X1における炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
X1におけるフェニル基及びベンジル基は、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよく、好ましい前記置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、ニトロ基(−NO2)等が例示でき、置換基の数及び位置は特に限定されない。そして、置換基の数が複数である場合、これら複数個の置換基は互いに同一でも異なっていてもよい。
R7がチエニル基又はジフェニル基である場合、これらの、X1において隣接する基又は原子(酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基)との結合位置は、特に限定されない。例えば、チエニル基は、2−チエニル基及び3−チエニル基のいずれでもよい。
カルボン酸銀(4)は、前記一般式(4)で表される。
式中、R8は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、カルボキシ基(−COOH)又は式「−C(=O)−OAg」で表される基である。
R8における前記脂肪族炭化水素基としては、炭素数が1〜19である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。ただし、R8における前記脂肪族炭化水素基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。
そして、これらカルボン酸銀の中でも、2−メチルアセト酢酸銀及びアセト酢酸銀は、後述する含窒素化合物(なかでもアミン化合物)との相溶性に優れ、銀インク組成物の高濃度化に、特に適したものとして挙げられる。
なお、本明細書において、組成物(A)での「カルボン酸銀に由来する銀」とは、特に断りの無い限り、組成物(A)の製造時に配合された前記カルボン酸銀中の銀を意味し、配合後に引き続きカルボン酸銀を構成している銀と、配合後にカルボン酸銀が分解して生じた分解物中の銀及び銀自体と、の両方を含む概念とする。
前記含窒素化合物は、炭素数25以下のアミン化合物及び第4級アンモニウム塩、アンモニア、並びに前記アミン化合物又はアンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩からなる群から選択される一種以上のものである。
以下、炭素数25以下のアミン化合物を「アミン化合物」、炭素数25以下の第4級アンモニウム塩を「第4級アンモニウム塩」、炭素数25以下のアミン化合物が酸と反応してなるアンモニウム塩を「アミン化合物由来のアンモニウム塩」、アンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩を「アンモニア由来のアンモニウム塩」と略記することがある。
前記アミン化合物は、炭素数が1〜25であり、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンのいずれでもよい。また、前記第4級アンモニウム塩は、炭素数が4〜25である。前記アミン化合物及び第4級アンモニウム塩は、鎖状及び環状のいずれでもよい。また、アミン部位又はアンモニウム塩部位を構成する窒素原子(例えば、第1級アミンのアミノ基(−NH2)を構成する窒素原子)の数は1個でもよいし、2個以上でもよい。
好ましい前記モノアルキルアミンとして、具体的には、n−ブチルアミン、n−へキシルアミン、n−オクチルアミン、n−ドデシルアミン、n−オクタデシルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、3−アミノペンタン、3−メチルブチルアミン、2−ヘプチルアミン(2−アミノヘプタン)、2−アミノオクタン、2−エチルヘキシルアミン、1,2−ジメチル−n−プロピルアミンが例示できる。
前記ヘテロアリール基は、単環状及び多環状のいずれでもよく、その環員数(環骨格を構成する原子の数)も特に限定されないが、3〜12員環であることが好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1個有する単環状のものとしては、フラニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1個有する単環状のものとしては、チエニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する単環状のものとしては、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、モルホリニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する単環状のものとしては、チアゾリル基、チアジアゾリル基、チアゾリジニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、窒素原子を1〜5個有する多環状のものとしては、インドリル基、イソインドリル基、インドリジニル基、ベンズイミダゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、インダゾリル基、ベンゾトリアゾリル基、テトラゾロピリジル基、テトラゾロピリダジニル基、ジヒドロトリアゾロピリダジニル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ジチアナフタレニル基、ベンゾチオフェニル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ベンゾチアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ジアミンは炭素数が1〜10であることが好ましく、より好ましいものとしてはエチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタンが例示できる。
好ましい前記ジアルキルアミンとして、具体的には、N−メチル−n−ヘキシルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミンが例示できる。
好ましい前記トリアルキルアミンとして、具体的には、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンが例示できる。
前記ジアルキルモノアリールアミンを構成するアリール基は、前記モノアリールアミンを構成するアリール基と同様であり、炭素数が6〜10であることが好ましい。
前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを構成するアルキル基は、前記モノアルキルアミンを構成するアルキル基と同様であり、炭素数が1〜19であることが好ましい。また、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウム一分子中の4個のアルキル基は、互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、4個のアルキル基は、すべてが同じでもよいし、すべてが異なっていてもよく、一部だけが異なっていてもよい。
前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを構成するハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が例示できる。
好ましい前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムとして、具体的には、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミドが例示できる。
環状アミンであれば、好ましいものとして、ピリジンが例示できる。
また、置換基である前記アリール基及びアルキル基は、さらに1個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく、このようなハロゲン原子で置換された置換基を有するモノアルキルアミンとしては、2−ブロモベンジルアミンが例示できる。ここで、前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
そして、これらアミン化合物の中でも、2−エチルヘキシルアミンは、前記カルボン酸銀との相溶性に優れ、銀インク組成物の高濃度化に特に適しており、さらに形成される導電体の表面粗さの低減に特に適したものとして挙げられる。
本発明において、前記アミン化合物由来のアンモニウム塩は、前記アミン化合物が酸と反応してなるアンモニウム塩であり、前記酸は、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸でもよいし、酢酸等の有機酸でもよく、酸の種類は特に限定されない。
前記アミン化合物由来のアンモニウム塩としては、n−プロピルアミン塩酸塩、N−メチル−n−ヘキシルアミン塩酸塩、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアミン塩酸塩等が例示できるが、これらに限定されない。
本発明において、前記アンモニア由来のアンモニウム塩は、アンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩であり、ここで酸としては、前記アミン化合物由来のアンモニウム塩の場合と同じものが例示できる。
前記アンモニア由来のアンモニウム塩としては、塩化アンモニウム等が例示できるが、これに限定されない。
そして、前記含窒素化合物としては、前記アミン化合物、第4級アンモニウム塩、アミン化合物由来のアンモニウム塩及びアンモニア由来のアンモニウム塩からなる群から選択される一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
前記還元剤は、前記カルボン酸銀からの金属銀の形成を容易とする成分である。すなわち、還元剤を配合することで、銀インク組成物は、金属銀をより形成し易くなり、例えば、加熱処理なし、又は低温での加熱処理でも、十分な導電性を有する導電体(金属銀)を形成できる。
H−C(=O)−R21 ・・・・(5)
(式中、R21は、炭素数20以下のアルキル基、アルコキシ基若しくはN,N−ジアルキルアミノ基、水酸基又はアミノ基である。)
前記還元性化合物は、シュウ酸(HOOC−COOH)、ヒドラジン(H2N−NH2)及び前記一般式(5)で表される化合物(化合物(5))からなる群から選択される一種以上のものである。すなわち、配合される還元性化合物は、一種のみでよいし、二種以上でもよく、二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
窒素原子に結合している前記アルキル基は、それぞれ直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、炭素数が1〜19である点以外は、前記一般式(1)のRにおける前記アルキル基と同様のものが例示できる。
組成物(A)は、前記カルボン酸銀、含窒素化合物及び還元剤以外に、さらにアルコールが配合されてなるものでもよい。
アセチレンアルコール(2)は、前記一般式(2)で表される。
式中、R’及びR’’は、それぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基である。
R’及びR’’における炭素数1〜20のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、環状である場合、単環状及び多環状のいずれでもよい。R’及びR’’における前記アルキル基としては、Rにおける前記アルキル基と同様のものが例示できる。
組成物(A)は、前記カルボン酸銀、含窒素化合物、還元剤及びアルコール以外の、その他の成分が配合されてなるものでもよい。
組成物(A)における前記その他の成分は、目的に応じて任意に選択でき、特に限定されず、好ましいものとしては、アルコール以外の溶媒が例示でき、配合成分の種類や量に応じて任意に選択できる。
組成物(A)において、前記その他の成分は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
組成物(A)は、前記カルボン酸銀、含窒素化合物、還元剤、並びに必要に応じて、前記アルコール及びその他の成分からなる群から選択される一種以上を配合することで得られる。各成分の配合後は、得られたものをそのまま組成物(A)としてもよいし、必要に応じて引き続き公知の精製操作を行って得られたものを組成物(A)としてもよい。本発明においては、特にカルボン酸銀としてβ−ケトカルボン酸銀(1)を用いた場合、上記の各成分の配合時において、導電性を阻害する不純物が生成しないか、又はこのような不純物の生成量を極めて少量に抑制できるため、精製操作を行っていない組成物(A)を用いても、十分な導電性を有する導電体(金属銀)が得られる。
混合方法は特に限定されず、撹拌子又は撹拌翼等を回転させて混合する方法;ミキサー、三本ロール、ニーダー又はビーズミル等を使用して混合する方法;超音波を加えて混合する方法等、公知の方法から適宜選択すればよい。
組成物(A)において、溶解していない成分を均一に分散させる場合には、例えば、上記の三本ロール、ニーダー又はビーズミル等を用いて分散させる方法を適用するのが好ましい。
また、配合時間も、各配合成分が劣化しない限り特に限定されないが、10分〜36時間であることが好ましい。
組成物(A)は、さらに二酸化炭素が供給されてなるものでもよい。このような組成物(A)はより高粘度となり、例えば、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等の、インクを厚盛りすることが必要な印刷法への適用に好適である。
そして、本発明においては、例えば、前記カルボン酸銀及び含窒素化合物が配合されてなる第一の混合物に、二酸化炭素を供給して第二の混合物とし、前記第二の混合物に、さらに、前記還元剤を配合して、組成物(A)を製造することが好ましい。また、前記アルコール又はその他の成分を配合する場合、これらは、第一の混合物及び第二の混合物のいずれか一方又は両方の製造時に配合でき、目的に応じて任意に選択できる。
そして、二酸化炭素ガスの供給時間は、必要とされる二酸化炭素ガスの供給量や、流量を考慮して適宜調節すればよい。
この時の撹拌方法は、二酸化炭素を用いない上記の組成物(A)の製造時における前記混合方法の場合と同様でよい。
ドライアイスの使用量は、上記の二酸化炭素ガスの供給量を考慮して調節すればよい。
ドライアイスの添加中及び添加後は、第一の混合物を撹拌することが好ましく、例えば、二酸化炭素を用いない上記の組成物(A)の製造時と同様の方法で撹拌することが好ましい。このようにすることで、効率的に二酸化炭素を供給できる。
撹拌時の温度は、二酸化炭素ガス供給時と同様でよい。また、撹拌時間は、撹拌温度に応じて適宜調節すればよい。
このときの組成物(A)は、配合成分が異なる点以外は、二酸化炭素を用いない上記の組成物(A)と同様の方法で製造できる。そして、得られた組成物(A)は、配合成分がすべて溶解していてもよいし、一部の成分が溶解せずに分散した状態であってもよいが、配合成分がすべて溶解していることが好ましく、溶解していない成分は均一に分散していることが好ましい。
また、配合時間は、配合成分の種類や配合時の温度に応じて適宜調節すればよいが、例えば、0.5〜12時間であることが好ましい。
組成物(A)の25℃におけるせん断速度10.8s−1でのせん断粘度は、1Pa・s以上であることが好ましく、1.5Pa・s以上であることがより好ましい。また、組成物(A)の25℃におけるせん断速度10.8s−1でのせん断粘度は、60Pa・s以下であることが好ましく、40Pa・s以下であることがより好ましい。
組成物(A)の25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度は、1Pa・s以上であることが好ましく、1.5Pa・s以上であることがより好ましい。また、組成物(A)の25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度は、12Pa・s以下であることが好ましく、8Pa・s以下であることがより好ましい。
なお、ここで示したせん断粘度は、すべてレオメータを用いた場合の測定値である。
また、ここでは、組成物(A)の25℃におけるせん断粘度について説明したが、組成物(A)の使用時の温度は、25℃に限定されるものではなく、任意に選択できる。
前記組成物(B)は、前記含窒素化合物に二酸化炭素が供給(配合)されてなるものであり、組成物(A)の希釈剤に相当する。
組成物(B)は、二酸化炭素が供給されていることで、含窒素化合物そのものや、その他の溶媒成分よりも、粘度が高い。したがって、組成物(B)を組成物(A)に添加して得られた銀インク組成物は、組成物(A)よりも、配合成分の総量に対する前記カルボン酸銀の配合量の割合が小さい(希釈されている)が、粘度が高い。
組成物(B)における含窒素化合物は、組成物(A)における前記含窒素化合物と同じもの(すなわち、前記アミン化合物、第4級アンモニウム塩、アンモニア、アミン化合物由来のアンモニウム塩及びアンモニア由来のアンモニウム塩からなる群から選択される一種以上)である。なお、本明細書においては、組成物(A)における含窒素化合物を第一含窒素化合物といい、組成物(B)における含窒素化合物を第一含窒素化合物と区別するために、第二含窒素化合物ということがある。
二酸化炭素は、組成物(B)を高粘度とする成分であり、前記含窒素化合物と相互作用すると推測される。
供給される二酸化炭素(CO2)は、ガス状及び固形状(ドライアイス)のいずれでもよく、ガス状及び固形状の両方でもよい。そして、二酸化炭素は、上述の第一の混合物へ供給する場合と同様の方法で含窒素化合物へ供給できる。
組成物(B)は、前記含窒素化合物及び二酸化炭素以外の、その他の成分が配合(供給)されてなるものでもよい。
組成物(B)における前記その他の成分は、目的に応じて任意に選択でき、特に限定されない。
組成物(B)において、前記その他の成分は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
なお、ここで示したせん断粘度は、すべてレオメータを用いた場合の測定値である。
また、ここでは、組成物(B)の25℃におけるせん断粘度について説明したが、組成物(B)の使用時の温度は、25℃に限定されるものではなく、任意に選択できる。
組成物(B)は、前記含窒素化合物、二酸化炭素、及び必要に応じて、前記その他の成分を配合することで得られる。各成分の配合後は、得られたものをそのまま組成物(B)としてもよいし、必要に応じて引き続き公知の精製操作を行って得られたものを組成物(B)としてもよい。
本発明に係る銀インク組成物の製造方法においては、前記組成物(A)に前記組成物(B)を添加する添加工程を行う。
添加工程における組成物(B)の添加量は、組成物(B)の種類に応じて適宜調節すればよいが、組成物(A)100質量部に対して3〜70質量部であることが好ましく、5〜50質量部であることがより好ましい。
また、組成物(B)の添加及び混合時の時間も、組成物(A)及び組成物(B)が劣化しない限り特に限定されないが、20秒〜30分であることが好ましい。
本発明に係る製造方法で得られた銀インク組成物は、ベースとなる銀インク組成物である組成物(A)が、希釈剤に相当する高粘度(高せん断粘度)の組成物(B)によって希釈されたものであるため、希釈時の粘度低下の度合いが抑制され、印刷時に形成されるパターン(印刷パターン)の線太りが抑制される。その結果、この印刷パターンの固化処理により形成された導電体も、線太りが抑制される。したがって、組成物(B)の配合成分又は添加量が異なり、希釈度が異なる複数種類の銀インク組成物を用いて、パターンの深さが同じである版で基材上に印刷を行っても、得られる印刷パターンはすべて線太りが抑制される。そして、希釈度が異なる複数種類の銀インク組成物を用いて印刷を行うことで、基材上に厚さが異なる印刷パターンを安定して形成できる。
銀インク組成物の25℃におけるせん断速度10.8s−1でのせん断粘度は、1Pa・s以上であることが好ましく、1.5Pa・s以上であることがより好ましい。また、銀インク組成物の25℃におけるせん断速度10.8s−1でのせん断粘度は、30Pa・s以下であることが好ましく、28Pa・s以下であることがより好ましく、20以下であることがさらに好ましく、15Pa・s以下であることが特に好ましい。
銀インク組成物の25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度は、1Pa・s以上であることが好ましく、1.5Pa・s以上であることがより好ましい。また、銀インク組成物の25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度は、10Pa・s以下であることが好ましく、7Pa・s以下であることがより好ましく、4Pa・s以下であることが特に好ましい。
各せん断速度でのせん断粘度が前記下限値以上であることで、印刷パターンの線太りがより顕著に抑制される。また、各せん断速度でのせん断粘度が前記上限値以下であることで、銀インク組成物の取り扱い性がより良好となる。例えば、凹版(グラビア版)を使用する印刷法では、凹版に銀インク組成物がより良好に充填される。また、孔版(スクリーン版)を使用する印刷法では、スクリーンメッシュからの銀インク組成物の抜けがより良好となる。
なお、ここで示したせん断粘度は、すべてレオメータを用いた場合の測定値である。
また、ここでは、銀インク組成物の25℃におけるせん断粘度について説明したが、銀インク組成物の使用時の温度は、25℃に限定されるものではなく、任意に選択できる。
前記銀インク組成物を用い、金属銀を形成することで導電体が得られる。
より具体的には、例えば、銀インク組成物を基材上の所望の箇所に付着させ、乾燥処理や加熱(焼成)処理等の固化処理を適宜選択して行うことで、導電体を形成できる。加熱処理は、乾燥処理を兼ねて行ってもよい。
前記導電体は、金属銀を主成分とするものであり、金属銀の比率が、見かけ上金属銀だけからなるとみなし得る程度に十分に高く、導電体中の金属銀の比率は、好ましくは99質量%以上である。
基材の表面(銀インク組成物を付着させる面)は、平面及び曲面のいずれであってもよいし、平坦面及び凹凸面のいずれであってもよい。例えば、後述するパッド印刷法等、銀インク組成物を付着させる特定の方法を選択することで、基材の表面が曲面や凹凸面であっても、良好に銀インク組成物を付着させて、導電体を形成できる。
基材の材質として具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、ポリアミド(PA)、ポリイミド、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアセタール、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)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリアリレート、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等の合成樹脂が例示できる。
また、基材の材質としては、上記以外にも、ガラス、シリコン等のセラミックスや、紙が例示できる。
また、基材は、ガラスエポキシ樹脂、ポリマーアロイ等の、二種以上の材質を併用したものでもよい。
なお、基材が複数層からなる場合には、各層の合計の厚さが、上記の好ましい基材の厚さとなるようにするとよい。
前記印刷法としては、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、ディップ式印刷法、インクジェット式印刷法、ディスペンサー式印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等が例示できる。
これらの中でも、通常の希釈インクの取り扱いが難しいパッド印刷法等を適用した場合に、本発明の優れた効果が顕著に得られる。
一段階目の加熱処理において、加熱温度は、銀インク組成物の配合成分の種類、並びに形成する導電体の幅及び厚さに応じて適宜調節すればよいが、50〜110℃であることが好ましく、70〜90℃であることがより好ましい。また、加熱時間は、加熱温度に応じて調節すればよいが、通常は、0.2〜12時間であることが好ましく、0.4〜5時間であることがより好ましい。
二段階目の加熱処理において、加熱温度は、導電体が良好に形成されるように、銀インク組成物の配合成分の種類、並びに形成する導電体の幅及び厚さに応じて適宜調節すればよいが、60〜200℃であることが好ましく、70〜180℃であることがより好ましい。また、加熱時間は、加熱温度に応じて調節すればよいが、通常は、1分〜12時間であることが好ましく、1分〜10時間であることがより好ましい。
受容層は公知のものでよく、例えば、受容層を形成するための材料が配合されてなる受容層用組成物を調製し、これを基材上に付着させ、適宜後処理を行うことで形成できる。
前記印刷法としては、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、ディップ式印刷法、インクジェット式印刷法、ディスペンサー式印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等が例示できる。
前記塗布法としては、スピンコーター、エアーナイフコーター、カーテンコーター、ダイコーター、ブレードコーター、ロールコーター、ゲートロールコーター、バーコーター、ロッドコーター、グラビアコーター等の各種コーターや、ワイヤーバー等を用いる方法が例示できる。
例えば、電子機器は、前記積層体を用い、前記基材を筐体として備えるように構成でき、前記積層体中の基材で筐体の少なくとも一部を構成した点以外は、公知の電子機器と同様の構成とすることができる。例えば、パターニングされた導電体を回路とすることで、前記積層体を回路基板として用いることができ、前記積層体に加え、音声入力部、音声出力部、操作スイッチ、表示部等を組み合わせることにより、携帯電話機を構成できる。また、パターニングされた導電体をアンテナとすることで、前記積層体をアンテナ構造体とすることができ、かかるアンテナ構造体を用いた点以外は、公知のデータ受送信体と同様の構成とすることで、新規のデータ受送信体とすることができる。例えば、前記積層体において、基材上に導電体と電気的に接続されたICチップを設けてアンテナ部とすることにより、非接触型データ受送信体を構成できる。
極微細配線の線幅は、1〜20μmであることが好ましく、1.3〜15μmであることがより好ましく、1.5〜13μmであることが特に好ましい。
また、極微細配線の断面形状は、好ましくは楕円の短軸方向のほぼ半分の領域が切り取られた半楕円形状である。
一方、極薄配線の厚さは、5nm〜10μmであることが好ましく、7nm〜5μmであることがより好ましく、10nm〜1μmであることが特に好ましい。
極薄配線の断面形状は、前記極微細配線の断面形状と同様である。
前記透明導電膜は、前記導電体がこのような線幅及び厚さの少なくとも一方を満たしていることが好ましい。導電体がこのような線幅又は厚さであれば、目視によってその存在が認識困難となるので、透明導電膜として好ましいものとなる。
上記のような電子機器、透明導電膜等は、長期に渡って高い性能を維持することが可能である。
<銀インク組成物の製造>
(組成物(A)の製造)
200mL容のビーカー中の2−エチルヘキシルアミン(18.82g、後述する2−メチルアセト酢酸銀に対して0.4倍モル量)に、液温が50℃以下となるように、2−メチルアセト酢酸銀(81.18g)を添加して、メカニカルスターラーを用いて20分間撹拌することにより、液状物を得た。この液状物に、反応液の温度が50℃以下となるように、シリンジポンプを用いてギ酸(11.73g、2−メチルアセト酢酸銀に対して0.7倍モル量)を30分間かけて滴下した。ギ酸の滴下終了後、25℃にて反応液をさらに2時間撹拌することにより、組成物(A)を得た。組成物(A)の各配合成分の種類と配合比、銀の含有量を表1に示す。
100mL容のビーカー中の2−エチルヘキシルアミンに、流量500mL/分で二酸化炭素ガスを5分間吹き込むことにより、組成物(B)を得た。
組成物(A)の場合と同じ方法で、25℃において、得られた組成物(B)のせん断粘度を測定したところ、せん断速度0.1s−1では4.3Pa・s、せん断速度10.8s−1では4.2Pa・s、せん断速度1000s−1では4.0Pa・sであった。
上記で得られた組成物(A)(100質量部)に対して組成物(B)(11質量部)を添加し、自転・公転ミキサー(シンキー社製「泡とり錬太郎 AR−250」)を用いて、25℃で撹拌を30秒間、脱泡を30秒間それぞれ行い、銀インク組成物を得た。得られた銀インク組成物の銀の含有量を表1に示す。
組成物(A)の場合と同じ方法で、25℃において、得られた銀インク組成物のせん断粘度を測定したところ、せん断速度0.1s−1では546Pa・s、せん断速度10.8s−1では11.5Pa・s、せん断速度1000s−1では3.3Pa・sであった。
また、得られた銀インク組成物を用いて、パッド印刷法により、線の深さが40μm、線の幅が1000μmのグラビア版で、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東レ社製「ルミラーS10」、厚さ188μm)上に線状パターンを印刷した。そして、この線状パターンを80℃で5分間加熱処理することにより、導電体パターンを形成した。その結果、形成された導電体パターンは厚さが0.81μmであり、線幅は1150μm(線太りの値が150μm)であった。結果を表1に示す。なお、ここで「導電体パターンの厚さ」とは、レーザー顕微鏡(キーエンス社製「VKX−100」)を用いて導電体パターンの断面積及び線幅を測定し、求められた断面積を線幅で除した値である。
<組成物(A)の評価>
上記で得られた銀インク組成物に代えて組成物(A)を用いた点以外は、実施例1と同じ方法でパッド印刷法により、基材上に線状パターンを印刷した。その結果、形成された線状パターンは厚さが1.05μmであり、線幅は1140μmであった。結果を表1に示す。
<銀インク組成物の製造及び評価>
組成物(A)(100質量部)に対する組成物(B)の添加量を、11質量部に代えて20質量部とした点以外は、実施例1と同じ方法で、銀インク組成物を製造及び評価した。結果を表1に示す。
<銀インク組成物の製造及び評価>
二酸化炭素ガスの吹き込み時間を5分間に代えて1時間とした点以外は、実施例1と同じ方法で組成物(B)を製造した。組成物(A)の場合と同じ方法で、25℃において、得られた組成物(B)のせん断粘度を測定したところ、せん断速度0.1s−1では11.6Pa・s、せん断速度10.8s−1では11.4Pa・s、せん断速度1000s−1では9.8Pa・sであった。
そして、この組成物(B)を用い、さらに組成物(A)(100質量部)に対する組成物(B)の添加量を、11質量部に代えて34質量部とした点以外は、実施例1と同じ方法で、銀インク組成物を製造及び評価した。結果を表1に示す。
<銀インク組成物の製造及び評価>
組成物(B)(11質量部)に代えて、二酸化炭素ガスを吹き込まなかった2−エチルヘキシルアミン(11質量部)を用いた点以外は、実施例1と同じ方法で、銀インク組成物を製造及び評価した。結果を表1示す。
実施例2〜3では、実施例1よりもさらに希釈度を上げた結果、形成された導電体パターンの厚さを、希釈を行わなかった実験例1の場合よりもさらに薄くできており、線太りも効果的に抑制できていた。
このように、実施例1〜3では、導電体パターンの線太りが抑制されていることから、加熱処理前の線状パターンも線太りが抑制されていたことが確認できた。
これに対して、比較例1では、組成物(B)を用いなかったことにより、形成された導電体パターンの線幅は、希釈を行わなかった実験例1の場合よりも大幅に大きく、顕著な線太り(線状パターンの線太り)が見られた。また、線太りの影響で、希釈度が同じである実施例1の場合よりも、形成された導電体パターンの厚さが薄かった。
Claims (4)
- 式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀と、
炭素数25以下のアミン化合物及び第4級アンモニウム塩、アンモニア、並びに前記アミン化合物又はアンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩からなる群から選択される一種以上の含窒素化合物と、
還元剤と、が配合されてなる組成物(A)に、
前記含窒素化合物に二酸化炭素が供給されてなる組成物(B)を添加する工程を有することを特徴とする銀インク組成物の製造方法。 - 前記組成物(B)の25℃におけるせん断速度0.1〜1000s−1でのせん断粘度が1Pa・s以上であることを特徴とする請求項1に記載の銀インク組成物の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の製造方法で製造され、25℃におけるせん断速度1000s−1でのせん断粘度が1Pa・s以上であることを特徴とする銀インク組成物。
- 請求項3に記載の銀インク組成物を用いて、金属銀を形成して得られたことを特徴とする導電体。
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