JP2015228352A - 導電性粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂中への分散性が向上した導電性粒子を提供すること。
【解決手段】少なくとも表面域が酸化スズを含む導電性粒子において、水を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ（ｍ^２／ｇ）とＢＥＴ_Ｎ２（ｍ^２／ｇ）との比であるＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値を０．２以上０．７以下とした。ＢＥＴ_Ｈ２Ｏが３．０ｍ^２／ｇ以上３５．０ｍ^２／ｇ以下であることが好適である。また、窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｎ２を１５ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下とすることが好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化スズを含有する表面域を有する導電性粒子に関する。

導電性酸化スズ粒子に関する従来の技術としては、例えば下記の特許文献１及び２に記載のものが知られている。特許文献１には、酸素欠陥型酸化スズからなり、酸素とスズとの原子比Ｏ／Ｓｎが１．７５〜１．９５である酸化スズ微粒子が記載されている。この酸化スズ微粒子は、アンチモンを含有していないにもかかわらず、アンチモン含有の酸化スズと同等の導電性を有し、またアンチモンを含有することに起因する特有の黒味がないと、同文献には記載されている。この酸化スズ微粒子は、スズ化合物溶液と、酸又はアルカリ性水溶液とを混合し、この反応の後にリン化合物を添加し沈殿物を生成し、この沈殿物を洗浄、乾燥、粉砕した後、大気下で焼成することで得られる。

特許文献２には、白色無機粉末基材の表面に導電層を有し、該導電層上に表面処理層を有する、アンチモンフリーの表面改質白色導電性粉末が記載されている。表面処理層には有機シラン化合物が含まれている。この表面改質白色導電性粉末は、導電性が良好であり、また導電性の経時安定性に優れていると、同文献には記載されている。

特開２００７−３３１９６６号公報 特開２０１０−１２３３０２号公報

ところで酸化スズは、これを高温高湿環境下などの過酷な環境下に置くと導電性が劣化する傾向にあることが知られている。特に特許文献１に記載の酸化スズ微粒子は酸素欠陥型のものなので、高温高湿下で酸化が進行しやすく、導電性の劣化が起こりやすい。特許文献２に記載の表面改質白色導電性粉末は、有機シラン化合物を用いた表面改質によって、導電性の経時劣化が抑制される傾向にあるが、この表面改質に起因して、樹脂と混合するときに、樹脂の種類によっては分散性が十分でない場合がある。粉末の樹脂への分散性が十分でない場合には、該樹脂から形成された導電膜の表面平滑性が損なわれやすい。

したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る導電性粒子を提供することにある。

前記の課題を解決すべく本発明者が鋭意検討した結果、粒子表面の疎水度を調整することが有効であることを知見した。本発明はこの知見に基づきなされたものであり、少なくとも表面域が酸化スズを含む導電性粒子において、
吸着質として水を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ（ｍ^２／ｇ）と吸着質として窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｎ２（ｍ^２／ｇ）との比であるＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値が０．２以上０．７以下である導電性粒子を提供するものである。

本発明の導電性粒子は、これを樹脂中に分散したときの分散性が良好である。したがって、該樹脂から形成した導電膜は、その表面平滑性が良好なものとなる。また本発明の導電性粒子は、これを用いて導電膜を形成した場合、該導電膜を高温高湿下などの過酷な環境下に置いた場合であっても導電性の劣化が抑制される。また、導電性の環境依存性が小さくなる。

図１は、本発明の導電性粒子の好適な製造方法を実施するために好適に用いられる装置を示す模式図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。なお以下の説明において導電性粒子とは、文脈に応じて個々の粒子を指す場合と、粒子の集合体としての粉体を指す場合とがある。本発明の導電性粒子は、少なくとも表面域が、ＳｎＯ_２で表される酸化スズを含んでいる。表面域よりも中心側に位置する中心域は、酸化スズを含んで構成されているか、又は酸化スズ以外の物質から構成されるコア粒子からなる。導電性粒子がその中心域にコア粒子を有する場合、酸化スズを含む表面域は、コア粒子の表面に形成されている。この場合、酸化スズを含む表面域は、コア粒子の表面全域を被覆することができる。表面域は、酸化スズからなっていても良く、あるいは酸化スズ及びその他の物質を含んで構成されていても良い。

導電性粒子がその中心域にコア粒子を有する場合、該コア粒子としては、無機物の粒子及び有機物の粒子のどちらを用いても良い。無機物としては、各種元素、例えば各種金属元素の酸化物、窒化物、炭化物などを用いることができる。また各種元素、例えば各種金属元素の塩を用いることもできる。有機物としては、例えば各種の高分子材料を用いることができる。コア粒子は、水不溶性のものでも良く、あるいは水溶性のものでも良い。後述する導電性粒子の製造方法を考慮すると、コア粒子は水不溶性のものであることが有利である。好ましく用いられるコア粒子としては、例えば金属酸化物である酸化チタン、アルミナ及びシリカや、金属塩である硫酸バリウム等が挙げられる。コア粒子としては、非導電性のもの及び導電性のもののどちらを用いても良い。ここで言う非導電性とは、抵抗率が例えば１０⁵Ω・ｃｍ以上であることを言う。

コア粒子の形状としては、例えば球状や多面体状が一般的であるが、その他の形状、例えばフレーク状のものを用いても良い。なお、コア粒子の表面に位置する表面域の厚みはコア粒子の粒径よりも十分に小さいものなので、コア粒子と導電性粒子の形状は概ね同じであるとみなすことができる。

コア粒子の粒径は、導電性粒子の具体的な用途に応じて適切に選択される。例えば本発明の導電性粒子を、塗料に添加して導電性を付与する導電性フィラーに用いる場合には、コア粒子はその一次粒子径が好ましくは３０〜５００ｎｍであり、更に好ましくは３０〜２８０ｎｍであり、一層好ましくは３０〜２５０ｎｍである。一次粒子径は、コア粒子を電子顕微鏡観察し、観察視野における１００個以上のコア粒子の最大横断長を測定する。そしてその測定値の平均を求め、これを一次粒子径とする。

本発明の導電性粒子における表面域は酸化スズを含んでいる。表面域は酸化スズ以外の成分を含んでいても良い。表面域は、酸化スズに起因する導電性を有するものである。導電性粒子がコア粒子を有する場合、表面域は、コア粒子の表面が全く露出しないように該表面を満遍なく連続して被覆していても良く、あるいはコア粒子の表面が一部露出するように該表面を不連続に被覆していても良い。すなわち、表面の被覆率は必ずしも１００％でなくても良く、好ましくは５０％以上であれば良い。導電性粒子の導電性を高める観点からは、表面域は、コア粒子の表面が全く露出しないように該表面を満遍なく連続して被覆していることが有利である。

本発明の導電性粒子がコア粒子を有する場合、表面域の厚みは、導電性粒子の表面域の導電性が十分に発現する程度であれば、過度に厚くする必要はない。表面域の厚みを酸化スズの量に換算して表すと、本発明の導電性粒子に占める酸化スズの割合が１５質量％以上、特に２０〜６０質量％となるような厚みであることが好ましい。導電性粒子に占める酸化スズの割合は、導電性粒子を全溶解させた後、ＩＣＰ発光分光測定器にてスズ分量を求めた、分子量を元にして酸化スズとして換算することによって求めることができる。

本発明の導電性粒子は、表面の疎水性が調整されていることによって特徴付けられる。これによって、本発明の導電性粒子は、多くの種類の樹脂との分散性が良好になることが本発明者の検討の結果判明した。したがって、本発明の導電性粒子が分散してなる樹脂組成物においては、該組成物中に該導電性粒子が均一に分散した状態となる。このような分散状態の樹脂組成物を用いて導電膜を形成すると、該導電膜はその表面平滑性が良好なものとなる。

酸化スズを含む表面域を有する導電性粒子の表面の疎水性について本発明者が鋭意検討した結果、疎水性の程度を、窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積と、水を用いて測定されたＢＥＴ比表面積との比率によって適切に評価し得ることが判明した。具体的には、吸着質として水を用いて測定されたＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）（以下「ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ」とも言う。）と、吸着質として窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）（以下「ＢＥＴ_Ｎ２」とも言う。）との比であるＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値を用いて、導電性粒子の表面の疎水性の程度を評価し得ることが判明した。不活性ガスである窒素ガスを用いたＢＥＴ比表面積の値に対して、水（水蒸気）を用いたＢＥＴ比表面積の値が大きいことは、粒子の表面の親水性が高いことを意味する。逆に、窒素ガスを用いたＢＥＴ比表面積の値に対して、水を用いたＢＥＴ比表面積の値が小さいことは、粒子の表面の疎水性が高いことを意味する。そして、ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値が０．２以上０．７以下である導電性粒子は、表面の親水性と疎水性とが適度にバランスし、本発明の導電性粒子の樹脂中への分散性が良好になることが判明した。ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値が０．２に満たない場合には、疎水性が高くなりすぎてしまう。逆に、ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値が０．７を超えると、親水性が高くなりすぎてしまう。いずれの場合であっても、本発明の導電性粒子の樹脂中への分散性が低下しやすい。樹脂中への分散性を向上させ、平滑な導電膜を形成する観点からは、ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値は０．２以上０．６７以下であることが好ましく、０．２以上０．６以下であることが更に好ましい。

ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値は上述のとおりであるところ、ＢＥＴ_Ｎ２の値そのものは１５ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であることが、導電性粒子の表面の疎水性を適切な状態にする観点から有利である。特にＢＥＴ_Ｎ２の値は、１５ｍ^２／ｇ以上４５ｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、１５ｍ^２／ｇ以上４０ｍ^２／ｇ以下であることが更に好ましい。

一方、ＢＥＴ_Ｈ２Ｏの値は３．０ｍ^２／ｇ以上３５．０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、３．０ｍ^２／ｇ以上３０．０ｍ^２／ｇ以下であることが更に好ましく、３．０ｍ^２／ｇ以上２５．０ｍ^２／ｇ以下であることが一層好ましい。

本発明の導電性粒子の樹脂中への分散性を一層良好にするためには、ＢＥＴ_Ｎ２とＢＥＴ_Ｈ２Ｏとの差であるＢＥＴ_Ｎ２−ＢＥＴ_Ｈ２Ｏの値を調整することも有利であることが判明した。詳細には、ＢＥＴ_Ｎ２−ＢＥＴ_Ｈ２Ｏの値（ｍ^２／ｇ）を８．０以上３０以下に設定することが好ましく、８．０以上２５以下に設定することが更に好ましい。

ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ及びＢＥＴ_Ｎ２は次の方法で測定される。ＢＥＴ_Ｈ２Ｏは日本ベル株式会社の「ベルソープ１８」を用い、ＢＥＴ多点法（吸着質：水蒸気、吸着温度：２５℃）で測定することができる。本明細書では、測定粉末の量を１．０ｇとし、前処理は真空下、１５０℃で１６０分間行った。ＢＥＴ_Ｎ２はユアサアイオニクス社製の「モノソーブ」を用い、ＢＥＴ１点法（吸着質：窒素、吸着温度−１９５．８℃）で測定することができる。本明細書では、測定粉末の量を０．３ｇとし、前処理は、大気圧下、１０５℃で１０分間行った後、真空下１０５℃で１０分間行った。

上述のＢＥＴ比表面積を有する導電性粒子は、例えば、後述する導電性粒子の製造方法において、超音波を印加した状態下に水酸化スズを合成し、合成した水酸化スズから酸化スズを生成させれば良い。

本発明の導電性粒子は、ＢＥＴ比表面積が上述の範囲内であることに加えて、酸化スズの結晶子径が６ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。この結晶子径は、７ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが更に好ましく、７ｎｍ以上１３ｎｍ以下であることが一層好ましく、７ｎｍ以上１０ｎｍであることが更に一層好ましい。酸化スズの結晶子径がこの範囲内であると、本発明の導電性粒子を用いて導電膜を形成した場合に、該導電膜中での導電性粒子の充填性が高まり、該導電膜の導電性が高くなる。しかも、導電性粒子の充填性が高くなることで、導電膜を高温高湿下などの過酷な環境下に置いた場合であっても導電性の劣化が抑制される。このような範囲の結晶子径を有する酸化スズを得るためには、後述する導電性粒子の製造方法において、超音波を印加した状態下に水酸化スズを合成したり、水酸化スズを焼成して酸化スズを生成させるときの焼成雰囲気として弱還元性や非酸化性の雰囲気を採用したりして、生成する酸素欠損の量を抑制すれば良い。酸化スズの結晶子径は、次の方法で測定される。すなわち、Ｘ線回折装置Ｕｌｔｉｍａ ＩＶ（株式会社リガク製）を用いて測定し（条件：Ｘ−ｒａｙ ＣｕＫα、４０ｋＶ、５０ｍＡ、測定範囲２０°≦θ≦１００°）、同じくリガク製の解析ソフトウェアＰＤＸＬを用いてＨａｌｄｅｒ−Ｗａｇｎｅｒ法により算出を行った。詳細には、線源：ＣｕＫα、走査軸：２θ／θ、測定方法：ＦＴ、係数単位：Ｃｏｕｎｔｓ、ステップ幅：０．０１°、係数時間：３秒、発散スリット：２／３°、発散縦制限スリット：１０ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光スリット：０．３ｍｍ、モノクロ受光スリット：０．８ｍｍ、ＩＣＤＤカード：００−０４６−１０８８の条件にて行った。

本発明の導電性粒子における表面域に含まれる酸化スズは、その結晶性が高いほど、高温高湿下での導電性の劣化が抑制された導電膜が得られることも、本発明者らの検討の結果判明した。酸化スズの結晶性は、酸化スズの結晶子径の大小を尺度として評価することができる。具体的には、結晶子径が大きいほど結晶性が高くなる。この観点からも、酸化スズの結晶子径は上述の範囲であることが好ましい。

導電性粒子の疎水性を高めるためには、粒子の表面に水を吸着し得る物質が極力存在していないことが望ましい。水を吸着し得る物質としては、導電性粒子の原料や製造方法との関係で導電性粒子中に混入しやすい物質であるIA族元素（Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ）及びIIA族元素（Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ）が、主要なものとして挙げられる。これらの元素は通常、塩の状態で粒子の表面に存在しているので水を吸着しやすい。そこで本発明においては、IA族元素及びIIA族元素の総量の割合が、導電性粒子の質量に対して、１５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、１３０ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、１１０ｐｐｍ以下であることが一層好ましい。この値に下限値は特になく、小さければ小さいほど好ましいが、上述の上限値から１０ｐｐｍ程度までの範囲で、満足すべき効果が得られる。

導電性粒子に含まれるIA族元素及びIIA族元素の総量の割合を低減させるためには、種々の方法を採用することができる。例えば（イ）導電性粒子の製造過程において、粒子の洗浄を十分に行い、IA族元素及びIIA族元素を除去すれば良い。あるいは（ロ）導電性粒子の製造過程において水相中に、不活性ガス等の二酸化炭素非含有ガスをバブリングして二酸化炭素を除去することで、水不溶性ないし水難溶性のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の炭酸塩が生成しないようにすれば良い。また、（イ）及び（ロ）以外の方法を用いても何ら差し支えはない。

導電性粒子に含まれるIA族元素及びIIA族元素の総量の割合は、導電性粒子を酸又はアルカリで全溶解させた後に、溶液を対象としてＩＣＰ分析を行うことで測定される。硫黄については、酸素気流中で導電性粒子を高温で燃焼させ、発生したガス中に含まれる硫黄の量をガス分析計を用いて測定できる。塩素については、アルゴン−酸素気流中で導電性粒子を高温で燃焼させ、発生したガス中に含まれる塩素の量をイオンクロマトグラフを用いて測定できる。

導電性粒子の疎水性を高めるためには、これまでは粒子の表面に有機表面処理剤を施す手法が一般的であった。しかし有機表面処理剤の使用は、導電性粒子の樹脂中への分散性を低下させる一因となるので有利とは言えない。そこで本発明においては、導電性粒子はその最表面に有機表面処理剤が施されていないことが好ましい。有機表面処理剤が施されていない場合であっても、本発明の導電性粒子は、導電性の経時劣化が抑制されたものになる。

これまで説明してきたとおり、本発明の導電性粒子は、樹脂中への分散性が高いものである。これに加えて、本発明の導電性粒子は、導電性の環境依存性が小さいものであることも、本発明者の検討の結果判明した。詳細には、本発明の導電性粒子は、低温低湿環境下での導電性と、高温高湿環境下での導電性とが大きく相違しないものでもある。具体的には、低温低湿環境として１０℃、２０％ＲＨを採用し、高温高湿環境として３５ ℃、８５％ＲＨを採用した場合、３５℃、８５％ＲＨにおける体積電気抵抗Ｒ^１ _HH（Ω・ｃｍ）に対する、１０℃、２０％ＲＨにおける体積電気抵抗Ｒ^１ _LL（Ω・ｃｍ）の比率Ｒ^１ _LL／Ｒ^１ _HHが、好ましくは１．０以上１０．０以下を示し、更に好ましくは１．０以上７．０以下を示し、一層好ましくは１．０以上５．０以下を示す。

前記の体積抵抗率は、導電性粒子を上述の各環境に２４時間馴化させた後に測定する。測定は、例えば圧粉抵抗測定システム（三菱化学ＰＤ−４１）と抵抗率測定器（三菱化学ＭＣＰ−Ｔ６００）を用いて行う。試料１５ｇをプローブシリンダへ投入し、プローブユニットをＰＤ−４１へセットする。油圧ジャッキによって５００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を印加したときの抵抗値を、ＭＣＰ−Ｔ６００を用いて測定する。測定した抵抗値と試料厚みから、圧粉抵抗（体積抵抗率）を算出する。

本発明の導電性粒子は、上述のとおり、抵抗の経時変化が小さいものでもある。具体的には、樹脂及び溶剤とともに導電性粒子を用いて形成した導電膜を６０℃、９０％ＲＨ下に３０日間保存した後に測定した表面抵抗をＲ^２ _ＨＨ（Ω／□）とし、保存前の該導電膜の６０℃、９０％ＲＨ下での抵抗をＲ^２（Ω／□）としたとき、Ｒ^２ _ＨＨ／Ｒ^２の値が、好ましくは１０．０以下であり、更に好ましくは７．０以下であり、一層好ましくは５．０以下である。

表面抵抗の測定に供される導電膜は以下の方法で成膜される。容積５０ｃｍ^３のプラスチック製容器を用意し、その中に導電性粒子７．４１ｇを入れる。次に、この容器内にトルエンとｎ−ブタノールとの混合溶媒を９．６４ｇ入れる。トルエンとｎ−ブタノールとの容積比は７：３とする。更に、この容器内に三菱レイヨン製のアクリル系コーティング樹脂であるダイヤナールＬＲ−１６７を６．４１ｇ入れる。ＬＲ−１６７は樹脂成分が約４６質量％であり、残部がトルエンとｎ−ブタノールとの混合溶媒である。トルエンとｎ−ブタノールとの容積比は７：３である。次いでペイントシェーカー（浅田鉄鋼製）を用い、１時間及び３時間分散を行う。ペイントシェーカーの運転条件は、６０Ｈｚ環境下の標準運転条件とする。分散によって得られた塗工液を、ポリエチレンテレフタレート製のＯＨＰフィルム（株式会社内田洋行製のトランスペアレンシー ＯＨＰ用フィルム）に塗工する。塗工にはバーコーター＃１０（ テスター産業株式会社製のＲＯＤ Ｎｏ．１０）を用い、使用液量約１ｃｍ^３で塗膜をガラス板上に形成する。塗膜形成後、大気下に８０℃で１５分間にわたり乾燥を行い、導電膜を得る。

このようにして得られた導電膜の表面抵抗Ｒ^２ _ＨＨ及びＲ^２は、三菱アナリテック製のハイレスタを用いて測定される。測定にはＵＰプローブを用いる。測定電圧は１０Ｖとする。保存前の導電膜の６０℃、９０％ＲＨ下での抵抗Ｒ^２は、該導電膜を６０℃、９０％ＲＨ下に２４時間静置して馴化した後に測定する。

本発明の導電性粒子からなる導電膜の導電性を一層高める観点から、該導電性粒子の表面域に含まれる酸化スズは、公知のドープ元素の少なくともいずれか一種を含有していても良い。例えば、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｐなどを用いることができる。更に、周期表の第４族元素、周期表の第１２族元素又は周期表の第１３族元素を用いることができる。具体的には、IA族元素としてナトリウム、カリウム又はリチウムを用いることができる。IIA族元素としては、マグネシウム又はカルシウムを用いることができる。周期表の第４族元素としてはチタン、ジルコニウム又はハフニウムを用いることができる。周期表の第１２族元素としては亜鉛を用いることができる。周期表の第１３族元素としては、ホウ素、アルミニウム又はガリウムを用いることができる。あるいは酸化スズは、ドープ元素を含有しないドープ元素非含有のものであっても良い。ドープ元素を含有させることで酸化スズの導電性は向上するものの、アンチモンなどのドープ元素は環境負荷が大きかったり、あるいは経済性に有利でなかったりするので、酸化スズはドープ元素非含有のものであることが好ましい。

本発明の導電性粒子がコア粒子を含むか否かにかかわらず、導電膜中での導電性粒子の充填性を一層高める観点から、該導電性粒子は微粒であることが好ましい。具体的には、導電性粒子はその一次粒子径が好ましくは３０〜５００ｎｍであり、更に好ましくは３０〜２８０ｎｍであり、一層好ましくは３０〜２５０ｎｍである。導電性粒子の一次粒子径は、電子顕微鏡観察し、観察視野における１００個以上の導電性粒子の最大横断長を測定する。そしてその測定値の平均から求められる。導電性粒子の一次粒子径をこの範囲内とするためには、例えば、導電性粒子がコア粒子を含む場合には、該コア粒子として上述した粒径のものを用い、該コア粒子の表面に酸化スズを含有する表面域を上述の量で形成すれば良い。

次に、本発明の導電性粒子の好適な製造方法について説明する。本発明の導電性粒子は、コア粒子が媒体に分散してなり、スズ化合物が溶解した母液を循環させつつ、かつ母液のバブリングを行い溶存二酸化炭素を除去しつつ、循環経路の一部に設けられた超音波発生装置に酸又はアルカリを供給し；該超音波発生装置において該母液に超音波を照射した状態下に該スズ化合物と該酸又は該アルカリとを反応させて、該コア粒子の表面に水酸化スズの表面域が形成された前駆体を製造し；該前駆体を弱還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気下に焼成することで、好適に製造される。図１には、この製造方法を実施するために好適に用いられる装置が示されている。以下、同図を用いて本製造方法を説明する。

図１に示す製造装置１０は、母液槽１１、母液槽１１の底部から延びる第１循環配管１２、第１循環配管１２の出口側に接続された超音波発生装置１３、超音波発生装置１３の出口側に接続され、かつ母液槽１１へ帰還する第２循環配管１４を備えている。これらの部材によって、装置１０には循環経路が形成される。第１循環配管１２の途中には第１ポンプ１５が設置されている。また第２循環配管１４の途中には第２ポンプ１６が設置されている。このように、製造装置１０においては、循環経路の一部に母液槽１１及び超音波発生装置１３が直列に配置されている。

母液槽１１内には撹拌翼１１ａが設置されている。撹拌翼１１ａはシャフト１１ｂを介して槽外に設置されたモータ１１ｃに接続している。撹拌翼１１ａは、モータ１１ｃを駆動源として一定方向に回転するようになっている。

超音波発生装置１３は、１又は２以上の振動子（超音波ホーン）を備えている。振動子を循環配管１２，１４内に設置し、これを超音波振動させることで、母液２０と酸又はアルカリとを強分散させる。超音波発生装置１３としては、例えば新科産業有限会社から販売されている超音波反応装置ＳＲ４０Ｌ型等を用いることができる。超音波発生装置１３としてはその容積が、母液層１１の容積よりも十分に小さいものを用いることが好ましい。

装置１０を用いた導電性粒子の製造方法について説明する。先ず母液槽１１内に母液２０を充填する。母液２０は、コア粒子が媒体に分散してなるものである。また母液２０にはスズ化合物が溶解している。媒体としては、一般的には水が用いられるが、コア粒子の種類や、表面域を形成するときの反応等に応じて適切な液体が選択される。

母液２０における媒体とコア粒子との配合比率は、媒体１リットルに対してコア粒子が６０〜１５０ｇ、特に８０〜１２０ｇであることが好ましい。両者の配合比率がこの範囲内にあると、コア粒子の表面に水酸化スズの均一な表面域が容易に形成されるからである。一方、母液２０におけるスズ化合物の濃度は、スズ換算で１〜２０質量％、特に３〜１０質量％であることが好ましい。

スズ化合物としては、媒体の種類に応じて適切なものが用いられる。媒体として水を用いる場合には水溶性スズ化合物、例えばスズ酸ナトリウムや四塩化スズ等を用いることができる。これらのスズ化合物は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

母液槽１１内に所定量の母液２０が充填されたら、母液槽１１の撹拌翼１１ａの回転を開始してコア粒子の沈降を防止し、母液２０を均質なものとする。次いで、第１ポンプ１５、超音波発生装置１３及び第２ポンプ１６を起動して、装置１０に形成された循環経路内に母液２０を通し、これを循環させる。

循環経路内での母液２０の循環が安定したら、母液２０中に二酸化炭素非含有ガスをバブリングして、母液２０中に溶存している二酸化炭素を除去する。そのようなガスとしては、例えば窒素等の不活性ガス、希ガス、酸素などが挙げられる。母液２０中に二酸化炭素が溶存していると、二酸化炭素がアルカリ金属やアルカリ土類金属と反応して水不溶性ないし水難溶性の炭酸塩が生成することがあり、該炭酸塩に起因して、目的とする導電性粒子の疎水性を高めづらくなる場合がある。

このようにして、母液２０のバブリングを行いつつ、該母液２０を循環させながら、超音波発生装置１３の供給部１３ａを通じて超音波発生装置１３内に、表面域形成用の反応物である酸又はアルカリを供給する。酸及びアルカリは、母液２０に配合されているスズ化合物を中和させて、コア粒子の表面に水酸化スズの層を生成させる。

酸又はアルカリによるスズ化合物の中和反応は非常に迅速に進行する。したがって、例えば非常に大容量の反応槽を用い、これにコア粒子が分散したスズ化合物の溶液を充填しておき、その中に酸又はアルカリを添加して中和反応を起こさせようとすると、反応槽内を撹拌したとしても、酸又はアルカリを添加した部分において中和反応が局所的に生じてしまい、コア粒子の表面に水酸化スズの表面域を均一に形成することができない。また、水酸化スズの表面域は軟質のものなので、中和反応の最中に表面域どうしが付着して粒子の凝集が起こってしまう。これに対して本実施形態によれば、超音波発生装置１３は、上述のとおり母液槽１１よりもはるかに小容量のものであり、しかも母液２０に超音波を照射して激しく撹拌するものであるから、局所的な中和反応が生ずることが防止され、コア粒子の表面に水酸化スズの表面域を均一に形成することができる。また、超音波の照射によって緻密な水酸化スズの層が形成されやすくなり、そのことに起因して、焼成によって生成する酸化スズの結晶子径が大きくなりやすい。更に、コア粒子が極めて分散した高分散状態になるので、粒子の凝集を効果的に防止することができる。このことは、特にコア粒子として凝集の起こりやすい粒子である小粒径の粒子（例えば粒径が３０〜２８０ｎｍのもの）を用いた場合に有効である。しかも母液２０は、循環経路内を循環しているので、超音波発生装置１３に供給する酸又はアルカリの量及び／又は濃度を低くして中和反応を徐々に行うことができる。それによってもコア粒子の表面に水酸化スズの表面域を均一に形成することができる。また粒子の凝集を防止でき、粒子の分散性を高くすることができる。

スズ化合物と酸又はアルカリとの反応は超音波発生装置１３において瞬時に完了するので、超音波発生装置１３に供給された酸又はアルカリが未反応のまま循環経路中に流出することや、循環する母液中に酸又はアルカリが蓄積して、超音波発生装置１３以外の箇所において中和反応が生ずることはほとんど起こり得ないか、又は起こったとしても、目的物の品質に影響を及ぼさない程度でしかない。

局所的な中和反応が生じることを効果的に防止する観点から、超音波発生装置１３の容積はできるだけ小さいことが好ましい。一方、十分な処理量を確保する観点からは、超音波発生装置１３の容積Ｖ２は大きいことが好ましい。これらのバランスを考慮すると、超音波発生装置１３の容積Ｖ２は１〜３０００ｃｍ³、特に１０〜５００ｃｍ³であることが好ましい。同様の観点から、超音波発生装置１３における振動子の運転条件としては、例えば超音波周波数を１０〜４０ｋＨｚとし、超音波出力を３００〜２０００Ｗとすることが好ましい。

超音波発生装置１３内における母液２０及び酸又はアルカリの滞留時間は、短ければ短いほど、局所的な中和反応の防止の観点から好ましい。具体的には、母液槽１１から流出し超音波発生装置１３に流入する母液２０の流速をＳ１（ｃｍ³／ｍｉｎ）とし、超音波発生装置１３に供給される酸又はアルカリの速度をＳ３（ｃｍ³／ｍｉｎ）とした場合、超音波発生装置１３の容積Ｖ２（ｃｍ³）との関係で、Ｖ２／（Ｓ１＋Ｓ３）が秒換算後の値で１〜６０秒、特に３０〜６０秒であることが好ましい。

超音波発生装置１３に流入する母液の量と酸又はアルカリの量との割合は、超音波発生装置１３における局所的な中和反応の防止に関連している。具体的には、超音波発生装置１３に供給される酸又はアルカリの速度Ｓ３と、母液槽１１から流出し超音波発生装置１３に流入する母液２０の流速Ｓ１との比であるＳ３／Ｓ１が０．０１〜０．０５、特に０．０３〜０．０５となるように両者の速度を調整することが好ましい。

処理量にもよるが、母液２０の流速Ｓ１が例えば１０〜１０００ｃｍ³／ｍｉｎである場合には、酸又はアルカリの速度Ｓ３は０．３〜５０ｃｍ³／ｍｉｎであることが好ましい。母液の循環時間に特に制限はなく、所望の厚みの表面域が形成されるまで循環を行えば良い。

酸又はアルカリの濃度は、母液２０に含まれるスズ化合物の濃度が上述の範囲であることを条件として、規定度で表して１〜２５Ｎ、特に５〜２０Ｎであることが好ましい。酸としては、例えば硫酸、硝酸、酢酸などの水溶液が用いられる。アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水などが用いられる。

超音波発生装置１３に供給される酸及びアルカリは連続的でもよく、あるいは断続的でも良い。コア粒子の表面に一層均一な水酸化スズの表面域を形成する観点からは、酸又はアルカリを連続供給することが好ましい。供給には、例えばプランジャーポンプ等を用いることができる。

水酸化スズの表面域が形成された粒子どうしの凝集を一層効果的に防止する観点から、コア粒子が分散してなる母液を母液槽１１に供給して、該母液を循環するのに先立ち、コア粒子を分散処理に付すことが好ましい。また、コア粒子を予め分散処理に付すことによって、装置をスケールアップしても得られる導電性粒子にばらつきが発生しづらく、量産性を高めることができるという利点もある。分散処理は、例えば超音波発生装置１３を作動させた状態で、コア粒子と水等の媒体とを含むスラリーを、装置１０内を循環させることで行われる。

以上の方法によって、水酸化スズの表面域が形成された前駆体粒子のスラリーが得られる。このようにして得られた前駆体粒子のスラリーを所定時間にわたって熟成し、熟成後の該スラリーに対して再び超音波照射を行う。これによって粒子の分散を促進させるとともに、結晶の更なる成長を促進させる。その後、前駆体粒子を反応系から分離し、洗浄及び乾燥工程を経た後に焼成工程に付される。それによって酸化スズで被覆された導電性粒子が得られる。その後、必要に応じて粉砕工程に付され、所望の粒径に調整される。

前記の焼成工程は、非酸化性雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性雰囲気としては、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの非酸化性かつ非還元性雰囲気、少量の水素を含有した窒素雰囲気である弱還元性雰囲気等が挙げられる。これらのうち、少量の水素を含有した窒素雰囲気を用いると、酸化スズ中に酸素欠損が適度に形成されるので好ましい。水素を含有した窒素雰囲気を用いる場合、水素の含有量は、好ましくは０．１〜１０体積％、更に好ましくは１〜３体積％である。水素の含有量がこの範囲内にあると、スズを金属に還元させることなく、適度な量の酸素欠損を有する導電性の酸化スズの表面域を形成しやすいからである。

前記の焼成工程における焼成温度は、好ましくは２００〜１２００℃、更に好ましくは４００〜６００℃である。焼成時間は、好ましくは５〜１８０分、更に好ましくは１０〜１４０分である。焼成温度及び時間がこれらの範囲内にあると、酸素欠損を生じさせるのに十分であり、かつ凝集を起こし難くなるので好ましい。この焼成工程を行うことにより目的とする導電性粒子が得られる。

このようにして得られた導電性粒子は、例えば紙、プラスチック、ゴム、樹脂、塗料等に添加してこれらに導電性を付与する導電性フィラーとして使用される。また、導電性粒子に樹脂等を配合した導電性ペーストや、導電性粒子に液媒体や樹脂及び表面張力調整剤等を配合した導電性インクなどの導電性組成物の形態で用いることもできる。これらの導電性組成物は、その製造過程における混合時に加わる外力に起因して、導電性粒子における表面層の一部が剥離することがある。そのような剥離が生じた場合、導電性組成物中には、本発明の導電性粒子及び酸化スズの微粒子を含む導電性混合粉が含まれることになる。この導電性混合粉及び該導電性混合粉を含む導電性組成物も、本発明の範囲内のものである。導電性混合粉に含まれる酸化スズの微粒子は、本発明の導電性粒子の表面層の一部が剥離して生じたものだから、その粒径は本発明の導電性粒子よりも小さいものである。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。

〔実施例１〕
図１に示す製造装置において、１５００ｃｍ³の純水に分散させた１５０ｇの酸化チタン粒子を、容積５０００ｃｍ³の母液槽中に投入した。酸化チタン粒子は、球状のものであり、その一次粒子径は１９０ｎｍであった。母液槽中に更に純水を投入し、純水の総量を１５００ｃｍ³にした。そこに１５５ｇのスズ酸ナトリウムを投入し、液温を７５℃まで上昇させた後、装置内を１時間にわたって循環させて予備分散を行った。予備分散においては、超音波発生装置１３（新科産業有限会社製のＳＲＴ４０−０１Ｔｙｐｅ）を作動させた。超音波の出力は５７０Ｗ、周波数は４０ｋＨｚとした。このようにして母液を得た。この母液を、母液槽から流出する流速Ｓ１が４００ｃｍ³となるように循環させながら、超音波発生装置１３に２０％硫酸を供給した。母液を循環させている間、母液中に窒素をバブリングし、溶存二酸化炭素を除去した。窒素のバブリング量は、２０ｃｍ^３／ｍｉｎとした。また、硫酸の供給速度Ｓ３は８．０ｃｍ³／ｍｉｎであった。超音波発生装置１３の容積は３０００ｃｍ³であった。運転条件は、５７０Ｗ、４０ｋＨｚであった。ｐＨが２．５になるまで、硫酸を連続的に超音波発生装置１３に供給した。

循環を停止した後、液のｐＨが２．５に維持されるように硫酸を適宜添加して１時間熟成を行った。このようにして、水酸化スズ被覆酸化チタン粒子を含むスラリーを得た。次いでこのスラリーを、その導電率が２００μＳ／ｃｍ以下となるまでリパルプ洗浄した後、超音波照射を２０分間行った。運転条件は、５７０Ｗ、４０ｋＨｚであった。その後、スラリーを、その導電率が１５０μＳ／ｃｍ以下となるまでリパルプ洗浄し、更にヌッチェ濾過を行い、ケーキを得た。このケーキを大気中、１５０℃で１０時間乾燥させた。次いで乾燥ケーキを粉砕し、その粉砕粉を２体積％Ｈ₂／Ｎ₂雰囲気下で４５０℃、２時間還元焼成した。これによって、ドープ元素非含有の酸化スズ被覆酸化チタン粒子を得た。粒子には、有機表面処理剤による疎水化処理を施さなかった。

〔実施例２及び３〕
以下の表１に示す条件を採用した以外は、実施例１と同様の操作を行い、導電性粒子を得た。

〔実施例４〕
本実施例においては、コア粒子を使用せず、酸化スズからなる粒子を製造した。具体的には、以下の表１に示す条件を採用した。これ以外は、実施例１と同様の操作を行い、導電性粒子を得た。

〔比較例１〕
本比較例においては、母液を循環させている間、該母液のバブリングは行わなかった。また、以下の表１に示す条件を採用した。これら以外は実施例１と同様の操作を行い、導電性粒子を得た。

〔比較例２〕
本比較例においては、比較例１で得られた導電性粒子の表面に有機表面処理剤として、アミノ系シランカップリング剤であるＫＢＭ９０３（信越化学工業）を施した例である。有機表面処理剤の使用量は、処理前の導電性粒子の質量に対して２．０質量％とした。これ以外は比較例１と同様の操作を行い、導電性粒子を得た。

〔評価〕
実施例及び比較例で得られた粒子について、ＢＥＴ_Ｎ２及びＢＥＴ_Ｈ２Ｏ、導電性粒子に占める酸化スズの割合、一次粒子径、導電性粒子に占めるIA族元素及びIIA族元素の割合、体積電気抵抗Ｒ^１ _LL及びＲ^１ _HHを、上述の方法で測定した。更に、導電性粒子から上述の方法で形成した導電膜について、表面抵抗Ｒ^２ _ＨＨ及びＲ^２を、上述の方法で測定した。更に樹脂中への分散性を以下の方法で評価した。これらの結果を以下の表２に示す。

〔樹脂中への分散性〕
２種類の樹脂を用意した。一つは日本触媒製アミノエチル化アクリル樹脂（品種ポリメントＮＫ−３５０）（以下「樹脂Ａ」という。）であり、もう一つは三菱レイヨン製アクリル樹脂（品種ＬＲ１６７）（以下「樹脂Ｂ」という。）である。これらの樹脂を用いて分散性の良否を評価した。具体的には実施例比較例で得られた粒子並びに樹脂Ａ又は樹脂Ｂと、前記で得られた粒子とを含む樹脂組成物から導電膜を形成し、該導電膜の表面粗さＲａを測定し、その測定値の大小に基づき粒子の分散性を評価した。詳細には以下のとおりである。上述した方法で導電膜を成膜し、その表面粗度を東京精密製の表面粗さ形状測定機サーフコム１３０Ａを用いて測定した（条件：評価長さ６．０ｍｍ、カットオフ値：０．８ｍｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、傾斜補正：直線、フィルタ種別：ガウシアン、λｓフィルタ：無し）。

表２に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた導電性粒子から得られた導電膜はその表面粗さが低く、樹脂Ａ及び樹脂Ｂのいずれに対しても良好な分散性を示すのに対して、比較例の導電性粒子は、樹脂の種類によっては、導電膜の表面粗さが高く、樹脂への分散性が劣ることが判る。また、各実施例で得られた導電性粒子は、比較例の導電性粒子よりも、環境依存性が小さいことが判る。更に各実施例で得られた導電性粒子から形成された導電膜は、比較例の導電性粒子から形成された導電膜よりも、導電性の経時劣化が小さいことが判る。

１０ 製造装置
１１ 母液槽
１２ 第１循環配管
１３ 超音波発生装置
１４ 第２循環配管
２０ 母液

Claims (12)

1. 少なくとも表面域が酸化スズを含む導電性粒子において、
   水を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｈ２Ｏ（ｍ^２／ｇ）と窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｎ２（ｍ^２／ｇ）との比であるＢＥＴ_Ｈ２Ｏ／ＢＥＴ_Ｎ２の値が０．２以上０．７以下である導電性粒子。
2. ＢＥＴ_Ｈ２Ｏが３．０ｍ^２／ｇ以上３５．０ｍ^２／ｇ以下である請求項１に記載の導電性粒子。
3. 窒素を用いて測定されたＢＥＴ比表面積ＢＥＴ_Ｎ２が１５ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下である請求項１又は２に記載の導電性粒子。
4. ＢＥＴ_Ｎ２−ＢＥＴ_Ｈ２Ｏの値（ｍ^２／ｇ）が８以上３０以下である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の導電性粒子。
5. 酸化スズの結晶子径が６ｎｍ以上１５ｎｍ以下である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の導電性粒子。
6. IA族元素及びIIA族元素の総量の割合が１５０ｐｐｍ以下である請求項１ないし５のいずれか一項に記載の導電性粒子。
7. ３５℃、８５％ＲＨにおける体積電気抵抗Ｒ^１ _HH（Ω・ｃｍ）に対する、１０℃、２０％ＲＨにおける体積電気抵抗Ｒ^１ _LL（Ω・ｃｍ）の比率Ｒ^１ _LL／Ｒ^１ _HHが、１．０以上１０．０以下である請求項１ないし６にいずれか一項に記載の導電性粒子。
8. 樹脂及び溶剤とともに前記導電性粒子を用いて形成した導電膜を６０℃、９０％ＲＨ下に３０日間保存した後に測定した表面抵抗をＲ^２ _ＨＨ（Ω／□）とし、保存前の６０℃、９０％ＲＨ下での該導電膜の抵抗をＲ^２（Ω／□）としたとき、Ｒ^２ _ＨＨ／Ｒ^２の値が１０．０以下である請求項１ないし７のいずれか一項に記載の導電性粒子。
9. 粒子の最表面に有機表面処理剤が施されていない請求項１ないし８のいずれか一項に記載の導電性粒子。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の導電性粒子及び酸化スズの微粒子を含む導電性混合粉。
11. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の導電性粒子を含む導電性組成物。
12. 請求項１０に記載の導電性混合粉を含む導電性組成物。

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