JP2018080385A - 銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法 - Google Patents

銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】インクジェット用スラリーとして使用可能な安価な銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法を提供する。
【解決手段】銀粉と溶媒とからなる銀粒子分散液において、銀粉として、平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上であり表面に脂肪酸が付着した銀粉を使用し、溶媒として、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトールまたはブチルカルビトールアセテートを主成分とする溶媒を使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法に関し、特に、銀粒子が溶媒中に分散した銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法に関する。
従来、電子部品の電極や回路などの導電膜を形成する方法として、フィラーとして銀粒子が溶媒中に分散した銀粒子分散液を基板上に塗布した後、加熱または光照射することによって硬化させて導電膜を形成する方法が知られている。
従来の銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用する場合、銀粒子ができるだけ一次粒子に近い大きさで溶媒中に分散していることが必要であり、銀粒子が分散し易い溶媒を使用することが必要であり、長時間静置しても銀粒子が溶媒中で分散状態が保持されて沈降し難いことが必要である。
このような銀粒子分散液として、走査型電子顕微鏡像の画像解析により得られる一次粒子の平均粒径DIAが0.6μm以下の銀粉がポリオール類からなる溶媒中に分散した銀インク(例えば、特許文献1参照)や、銀粉などの機能性材料と有機ポリマーと分散ビヒクルとを含む組成物(例えば、特許文献2参照)が提案されている。
特開2005−93380号公報(段落番号0013) 特開2005−220109号公報(段落番号0010−0021)
しかし、特許文献1の銀インクでは、走査型電子顕微鏡像の画像解析により得られる一次粒子の平均粒径DIAに対するレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径D50の比D50/DIAで表される凝集度が1.5以下の銀粉を使用する必要があり、このような凝集度が低い銀粉は高価であるため、製造コストが高くなる。また、特許文献2の組成物では、高価な有機ポリマーなどを使用するため、製造コストが高くなる。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、インクジェット用スラリーとして使用可能な安価な銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、銀粉と溶媒とからなる銀粒子分散液において、平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上である銀粉を使用し、炭素数6〜20の有機化合物を主成分とする溶媒を使用することにより、インクジェット用スラリーとして使用して導電膜を製造可能な安価な銀粒子分散液を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による銀粒子分散液は、銀粉と溶媒とからなる銀粒子分散液において、銀粉の平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上であり、溶媒の主成分が、炭素数6〜20の有機化合物であることを特徴とする。
この銀粒子分散液において、溶媒が−80℃〜−20℃の温度で凍結する有機溶媒であるのが好ましく、炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトールまたはブチルカルビトールアセテートであるのが好ましい。炭素数6〜20の有機溶化合物が炭素数6〜12の1価の高級アルコールである場合、溶媒が粘度調整剤として炭素数5以下の低級アルコールまたはケトン類を含んでもよい。また、炭素数6〜12の1価の高級アルコールがドデカノールであるのが好ましい。また、銀粉の表面に脂肪酸が付着しているのが好ましく、脂肪酸がヒドロキシル基を有する脂肪酸であるのが好ましく、ヒドロキシル基を有する脂肪酸がリシノール酸であるのが好ましい。また、銀粒子分散液が分散剤を含むのが好ましく、銀粒子分散液中の銀粉の含有量が10〜45質量%であるのが好ましい。
また、本発明による銀粒子分散液の製造方法は、平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上である銀粉を、炭素数6〜20の有機化合物を主成分とする溶媒に混合することを特徴とする。
この銀粒子分散液の製造方法において、溶媒が−80℃〜−20℃の温度で凍結する有機溶媒であるのが好ましく、炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトールまたはブチルカルビトールアセテートであるのが好ましい。炭素数6〜20の有機溶化合物が炭素数6〜12の1価の高級アルコールである場合、溶媒が粘度調整剤として炭素数5以下の低級アルコールまたはケトン類を含むのが好ましい。また、炭素数6〜12の1価の高級アルコールがドデカノールであるのが好ましい。また、銀粉の表面に脂肪酸が付着しているのが好ましく、脂肪酸がヒドロキシル基を有する脂肪酸であるのが好ましく、ヒドロキシル基を有する脂肪酸がリシノール酸であるのが好ましい。また、銀粉を溶媒に混合する際に分散剤を混合するのが好ましく、銀粒子分散液中の銀粉の含有量が10〜45質量%であるのが好ましい。また、銀粉を溶媒に混合して得られたスラリーに、超音波を加えながら加圧して0.1〜2μmメッシュのフィルタを通すのが好ましい。
さらに、本発明による導電膜の製造方法は、上記の銀粒子分散液をインクジェットプリンタにより基材に塗布して硬化させることを特徴とする。この導電膜の製造方法において、銀粒子分散液を凍結して保存した後、解凍してインクジェットプリンタにより基材に塗布してもよい。
本発明によれば、インクジェット用スラリーとして使用可能な安価な銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法を提供することができる。
本発明による銀粒子分散液の実施の形態は、銀粉と溶媒とからなる銀粒子分散液において、銀粉の平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上であり、溶媒の主成分(50質量%以上の成分)が、炭素数6〜20の有機化合物である。
この銀粒子分散液では、銀粉の平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上(好ましくは2〜3)である。銀粉の平均一次粒径(DSEM)が0.15μmより小さいと、製造コストが高くなり、0.5μmより大きいと、銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用した場合に、インクジェットプリンタからの吐出性が悪くなる。また、銀粉の平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)(凝集度)が2より小さいと、製造コストが高くなる。また、一般に、インクジェット用スラリーに使用する銀粉の凝集度(D50/DSEM)は小さい方がよいと考えられているが、インクジェット用スラリーがインクジェットプリンタのノズルに供給されてノズルから出射する間際に銀粉が凝集しないで良好に印刷することができれば、印刷後に銀粒子間で互いに連結する凝集力が高い方が好ましいので、本発明による銀粒子分散液の実施の形態では、凝集度が1.7以上の銀粉を特定の溶媒に混合して、インクジェット用スラリーとして使用可能な安価な銀粒子分散液としている。
また、溶媒が−80℃〜−20℃(好ましくは−50℃〜0℃)の温度で凍結する有機溶媒で(凝固点が−80℃〜−20℃(好ましくは−50℃〜0℃)の有機溶媒)あるのが好ましい。また、炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトール(BC)またはブチルカルビトールアセテート(BCA)であるのが好ましい。炭素数6〜20の有機溶化合物が炭素数6〜12の1価の高級アルコールである場合、粘度調整剤として、適量のイソプロピルアルコール(IPA)などの炭素数5以下の低級アルコールまたはケトン類を溶媒に添加してもよい。このような粘度調整剤を適量添加することにより、銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用する場合に、インクジェットプリンタからの吐出性を向上させることができ、インクジェット用スラリーとして長期保存性(特に冷凍による長期保存性)を向上させることができる。また、炭素数6〜12の1価の高級アルコールは、常温で液体の1価のアルコールであるのが好ましく、ドデカノールであるのが好ましい。
また、銀粉の表面に(リシノール酸、オレイン酸、ステアリン酸などの)炭素数18の脂肪酸や(パルミチン酸、オクタン酸などの)炭素数6〜16の脂肪酸が付着しているのが好ましい。この脂肪酸は、(リシノール酸、12−ヒドロキシステアリン酸、アロイリット酸などの)1分子中に少なくとも1つのカルボキシル基と少なくとも1つのヒドロキシル基を含む親水性の脂肪酸であるのがさらに好ましい。銀粉の表面に親水性の脂肪酸が付着していると、ヒドロキシル基を有するアルコール類からなる溶媒中で銀粉の分散性が向上し、銀粒子が沈降し難くなると考えられる。
また、銀粒子分散液が分散剤を含むのが好ましい。この分散剤は、溶媒の種類や銀粉の表面に付着する脂肪酸の種類によって適宜選択することができる。この分散剤として、オレイン酸などの脂肪酸、ポリエチレンイミンなどの脂肪族アミン、ポリアクリル酸などを使用することができ、市販の分散剤として、例えば、第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212Cなどのプライサーフ(登録商標)、ビックケミー・ジャパン株式会社製のBYK(登録商標)やDisperBYK−111などのDisperBYK(登録商標)、DIC株式会社製のメガファック(登録商標)、味の素ファインテクノ株式会社製のアジスパー(登録商標)、CRODA社製のHypermer(登録商標)、Lubrizol社製のSOLSPERSE(登録商標)やSOLPLUS(登録商標)、サンノブコ株式会社製のSNスパーズ、ネオス株式会社製のフタージェント(登録商標)、三洋化成工業株式会社製のビューライト(登録商標)、花王株式会社製のカオーセラ(登録商標)などを使用することができる。このような分散剤を添加することにより、溶媒中で銀粉の分散性を向上させ、長期保存性を向上させることができる。
また、銀粒子分散液中の銀粉の含有量は、10〜45質量%であるのが好ましい。銀粉の含有量が10質量%より少ないと、銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用する場合に、銀粒子分散液をインクジェットプリンタにより基材に塗布して硬化させることによって形成された導電膜の導電性が不十分になり、一方、銀粉を含有量が45質量%より多いと、銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用した場合に、インクジェットプリンタからの吐出性が悪くなる。なお、フィラーとして銀粒子が溶媒中に分散した銀粒子分散液として、銀粒子の濃度が50質量%以上と高く、溶媒の他に樹脂やその他の成分を含み、数Pa・s程度の高い粘度の導電性ペーストがあるが、本発明による銀粒子分散液の実施の形態は、銀粉と溶媒とからなり、銀粉の濃度が45質量%以下と低いため、数mPa・s程度の低い粘度(例えば、25℃において2〜30mPa・sの粘度)であり、インクジェット用スラリーとして使用可能な液体である。
上述した銀粒子分散液の実施の形態は、本発明による銀粒子分散液の製造方法の実施の形態により製造することができる。本発明による銀粒子分散液の製造方法の実施の形態では、平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上(好ましくは2〜3)である銀粉を、炭素数6〜20の有機化合物を主成分とする溶媒に混合する。
この銀粒子分散液の製造方法において、溶媒が−80℃〜−20℃(好ましくは−50℃〜0℃)の温度で凍結する有機溶媒であるのが好ましい。また、炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトール(BC)またはブチルカルビトールアセテート(BCA)であるのが好ましい。炭素数6〜20の有機溶化合物が炭素数6〜12の1価の高級アルコールである場合、粘度調整剤として、適量のイソプロピルアルコール(IPA)など炭素数5以下の低級アルコールやアセトンなどのケトン類を溶媒に添加してもよい。このような粘度調整剤を適量添加することにより、銀粒子分散液をインクジェット用スラリーとして使用する場合に、インクジェットプリンタからの吐出性を向上させることができ、インクジェット用スラリーとして長期保存性(特に冷凍による長期保存性)を向上させることができる。また、炭素数6〜12の1価の高級アルコールは、常温で液体の1価のアルコールであるのが好ましく、ドデカノールであるのが好ましい。
また、銀粉の表面に(リシノール酸、オレイン酸、ステアリン酸などの)炭素数18の脂肪酸や(パルミチン酸、オクタン酸などの)炭素数6〜16の脂肪酸が付着しているのが好ましい。この脂肪酸は、(リシノール酸、12−ヒドロキシステアリン酸、アロイリット酸などの)1分子中に少なくとも1つのカルボキシル基と少なくとも1つのヒドロキシル基を含む親水性の脂肪酸であるのがさらに好ましい。この脂肪酸の付着量は、銀に対して0.05〜1.0質量%であるのが好ましい。なお、銀粉の表面に付着した脂肪酸の一般的な同定方法として、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)により測定する方法、表面処理剤を溶媒抽出して炭素自動分析機やGC−MSにより測定する方法、パイロライザーなどにより加熱して銀粉の表面から離脱した脂肪酸を炭素自動分析機やGC−MSにより測定する方法などがある。しかし、リシノール酸のようにヒドロキシル基を有する脂肪酸は、極性が高いため、これらの方法により測定するには感度が非常に低過ぎるが、官能基をメチル化すれば、銀の表面に付着したリシノール酸を同定することができる。例えば、銀粉0.5gに塩酸とメタノールの混合液(東京化成工業株式会社製の塩酸−メタノール試薬)1mLを添加して、50℃で30分間加熱して、銀粉の表面から有機物を脱離させ、官能基をメチル化させた後、放冷し、純水1mLとn−ヘキサン2mLを加えて振とうし、メチル化した有機物をヘキサン相に抽出し、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)を使用して、ヘキサン相の成分分析を行うことにより、銀粉の表面の有機物を同定することができる。
また、銀粉を溶媒に混合する際に分散剤(例えば、プライサーフA212C)を混合するのが好ましく、銀粒子分散液中の銀粉の含有量が10〜45質量%であるのが好ましい。また、銀粉を溶媒に混合して得られたスラリーに、超音波を加えながら加圧して0.1〜2μmメッシュのフィルタを通してもよい。
また、上記の銀粒子分散液をインクジェットプリンタにより基材に塗布して硬化させることにより導電膜を形成することができる。この場合、銀粒子分散液を凍結して保存した後、解凍してインクジェットプリンタにより基材に塗布してもよい。
なお、銀粒子分散液中の溶媒の種類は、アセトンまたはエタノールにより銀粒子分散液中の溶媒を抽出し、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)を使用して、その抽出物をHe気流中において10〜20℃/分で280℃まで昇温し、揮発成分をキャピラリーカラムに注入して測定された分子量をライブラリのデータと照合して特定することができる。
以下、本発明による銀粒子分散液およびその製造方法並びにその銀粒子分散液を用いた導電膜の製造方法の実施例について詳細に説明する。
[実施例1]
脂肪酸としてリシノール酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−109)を用意し、走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子工業株式会社製のJSM−6100)により倍率20,000倍で観察し、そのSEM画像上の無作為に抽出した500個以上の銀粒子について、画像解析ソフト(日本電子工業株式会社製のSmile View)により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.21μmであった。
また、上記の銀粉0.1gをイソプロピルアルコール40mLに加えて、チップ径20mmの超音波ホモジナイザーにより2分間分散させて得られた試料について、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製のMICROTRAC MT3300EXII)により、全反射モードで銀粉の体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.18μm、累積50%粒子径(D50)は0.57μm、累積90%粒子径(D90)は1.12μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは2.70であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、ドデカノールとイソプロピルアルコール(IPA)からなる溶媒(ドデカノール(質量%):IPA(質量%)=9:1)280g(69.6質量%)に添加して得られたスラリーに、超音波分散濾過装置(株式会社日本精機製作所製のFUS−1型)により、超音波出力100Wで超音波を加えながら0.05MPaで加圧して1μmメッシュのフィルタを通すことにより、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液の粘度をレオメーター(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のMARS60)により、ずり速度100(1/s)で測定したところ、12.4mPa・sであった。
また、銀粒子分散液の表面張力を引き上げ式表面張力測定装置(協和界面化学株式会社製のDY−200)により25℃で測定したところ、26mN/mであった。
また、上記の方法と同様の方法により、銀粒子分散液中の銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.19μm、累積10%粒子径(D10)は0.19μm、累積50%粒子径(D50)は0.50μm、累積90%粒子径(D90)は0.97μm、累積100%粒子径(D100)は1.95μmであり、凝集度D50/DSEMは2.62であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.70)より0.08だけ減少していた。
また、銀粒子分散液の吐出性(初期吐出性)を評価するために、インクジェット用スラリーとして銀粒子分散液をインクジェットプリンタ(Dimatix株式会社製のマテリアルプリンタDMP−2831)により、駆動電圧35V、カートリッジ温度45℃で吐出させ、プリンタ制御ソフト(Dimatix株式会社製のマテリアルプリンタ制御ソフトDimatix Drop Managerに付属の機能であるDrop Watcher)により、銀粒子分散液の吐出の様子を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
また、銀粒子分散液2mLを沈降管に滴下した後、常温で3日間保存して沈降性(常温3日後沈降)を確認したところ、微量の銀粒子が沈降しているのが確認された。このように常温で3日間保存した後の銀粒子分散液の吐出性(常温3日後吐出性)を上記と同様の方法により確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
また、銀粒子分散液2mLを沈降管に滴下し、冷凍庫(株式会社ダイレイ製のスーパーフリーザーDFM−70S)内に−50℃で静置して3日間冷凍保存した後に、超音波分散機の水槽内の水(室温)に浸漬して超音波振動を加えることにより解凍して沈降性(冷凍3日後沈降)を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認された。このように3日間冷凍保存した後の銀粒子分散液の吐出性(冷凍3日後吐出性)を上記と同様の方法により確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
また、得られた銀粒子分散液を使用して、インクジェットプリンタ(Dimatix株式会社製のマテリアルプリンタDMP−2831)によりインクジェット用光沢紙上に幅100μm、長さ20mmのラインを印刷し、120℃で30分間加熱して硬化させて導電膜を得た。このようにして得られた導電膜について、マイクロスコープ(株式会社キーエンス製のデジタルマイクロスコープVHK−5000)を使用して線幅を測定し、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製のレーザーマイクロスコープVK−9710)を使用して膜厚を測定し、デジタルマルチメーター(アドバンテスト株式会社製のデジタルマルチメーターR6551)を使用して、ライン状の導電膜の両端に端子を当てて、導電膜の抵抗を測定し、比抵抗を算出したところ、50μΩ・cmであり、実用的な抵抗値であった。
[実施例2]
脂肪酸としてリシノール酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−98)を用意し、実施例1と同様の方法により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.21μmであった。また、実施例1と同様の方法により、体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.18μm、累積50%粒子径(D50)は0.59μm、累積90%粒子径(D90)は1.22μm、累積100%粒子径(D100)は3.89μmであり、凝集度D50/DSEMは2.79であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、ドデカノールとイソプロピルアルコール(IPA)からなる溶媒(ドデカノール(質量%):IPA(質量%)=9:1)280g(69.6質量%)に添加して得られたスラリーに、超音波分散濾過装置(株式会社日本精機製作所製のFUS−1型)により、超音波出力100Wで超音波を加えながら0.05MPaで加圧して0.6μmメッシュのフィルタを通すことにより、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液の表面張力を、実施例1と同様に方法により測定したところ、26.7mN/mであった。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液中の銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.20μm、累積10%粒子径(D10)は0.25μm、累積50%粒子径(D50)は0.68μm、累積90%粒子径(D90)は1.25μm、累積100%粒子径(D100)は2.75μmであり、凝集度D50/DSEMは3.38であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.79)より0.59だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、微量の銀粒子が沈降しているのが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。さらに、実施例1と同様の方法により、冷凍3日後沈降と冷凍3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例3]
脂肪酸としてオレイン酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−1C)を用意し、実施例1と同様の方法により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.26μmであった。また、実施例1と同様の方法により、体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.21μm、累積50%粒子径(D50)は0.58μm、累積90%粒子径(D90)は1.10μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは2.23であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、ドデカノールとイソプロピルアルコール(IPA)からなる溶媒(ドデカノール(質量%):IPA(質量%)=9:1)280g(69.6質量%)に添加して得られたスラリーに、超音波分散濾過装置(株式会社日本精機製作所製のFUS−1型)により、超音波出力100Wで超音波を加えながら0.05MPaで加圧して1μmメッシュのフィルタを通すことにより、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液の表面張力を、実施例1と同様に方法により測定したところ、27.7mN/mであった。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液中の銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.26μm、累積10%粒子径(D10)は0.35μm、累積50%粒子径(D50)は0.86μm、累積90%粒子径(D90)は1.47μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは3.29であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.23)より1.06だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していたが、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。さらに、実施例1と同様の方法により、冷凍3日後沈降と冷凍3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例4]
脂肪酸としてステアリン酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−8F)を用意し、実施例1と同様の方法により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.30μmであった。また、実施例1と同様の方法により、体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.29μm、累積50%粒子径(D50)は0.79μm、累積90%粒子径(D90)は1.35μm、累積100%粒子径(D100)は2.75μmであり、凝集度D50/DSEMは2.63であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、ドデカノールとイソプロピルアルコール(IPA)からなる溶媒(ドデカノール(質量%):IPA(質量%)=9:1)280g(69.6質量%)に添加して得られたスラリーに、超音波分散濾過装置(株式会社日本精機製作所製のFUS−1型)により、超音波出力100Wで超音波を加えながら0.05MPaで加圧して1μmメッシュのフィルタを通すことにより、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.26μm、累積10%粒子径(D10)は0.31μm、累積50%粒子径(D50)は0.79μm、累積90%粒子径(D90)は1.39μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは3.03であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.63)より0.40だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していたが、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。さらに、実施例1と同様の方法により、冷凍3日後沈降と冷凍3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例5]
実施例4と同様の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、溶媒としてのブチルカルビトール(BC)280g(69.6質量%)に添加して、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.27μm、累積10%粒子径(D10)は0.33μm、累積50%粒子径(D50)は0.82μm、累積90%粒子径(D90)は1.43μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは3.04であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.63)より0.41だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなかったが、斜めに吐出され、ノズル周辺に滲みが見られた。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していたが、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例6]
実施例4と同様の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、溶媒としてのブチルカルビトールアセテート(BCA)280g(69.6質量%)に添加して、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.28μm、累積10%粒子径(D10)は0.35μm、累積50%粒子径(D50)は0.83μm、累積90%粒子径(D90)は1.41μm、累積100%粒子径(D100)は3.27μmであり、凝集度D50/DSEMは2.98であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.63)より0.35だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなかったが、斜めに吐出され、ノズル周辺に滲みが見られた。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していたが、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例7]
実施例3と同様の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、溶媒としての2−エチルヘキサノール280g(69.6質量%)に添加して、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.30μm、累積10%粒子径(D10)は0.28μm、累積50%粒子径(D50)は0.71μm、累積90%粒子径(D90)は1.34μm、累積100%粒子径(D100)は2.75μmであり、凝集度D50/DSEMは2.38であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.63)より0.15だけ増加していた。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなかったが、斜めに吐出され、ノズル周辺に滲みが見られた。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していたが、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例8]
脂肪酸としてパルミチン酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−133FHD)を用意し、実施例1と同様の方法により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.24μmであった。また、実施例1と同様の方法により、この銀粉の体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.19μm、累積50%粒子径(D50)は0.54μm、累積90%粒子径(D90)は1.12μm、累積100%粒子径(D100)は2.75μmであり、凝集度D50/DSEMは2.23であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(ビックケミー・ジャパン株式会社製のDisperBYK−111)2.4g(0.6質量%)とを、溶媒としてのブチルカルビトール(BC)280g(69.6質量%)に添加して、粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.23μm、累積10%粒子径(D10)は0.18μm、累積50%粒子径(D50)は0.43μm、累積90%粒子径(D90)は0.90μm、累積100%粒子径(D100)は1.95μmであり、凝集度D50/DSEMは1.87であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.23)より0.28だけ減少しており、実施例1〜8のように炭素数18の脂肪酸が表面に付着した銀粉を使用した場合と比べて分散性が良好であった。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降しており、斜めに吐出された箇所が数か所あり、ノズル周辺に滲みが見られた。さらに、実施例1と同様の方法により、冷凍3日後沈降と冷凍3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[実施例9]
脂肪酸としてオクタン酸が表面に付着した銀粉(DOWAエレクトロニクス株式会社製のAG2−108FHD)を用意し、実施例1と同様の方法により、銀粒子の(SEM像による)平均一次粒子径(DSEM)を算出したところ、0.23μmであった。また、実施例1と同様の方法により、この銀粉の体積基準の累積分布を求めたところ、累積10%粒子径(D10)は0.19μm、累積50%粒子径(D50)は0.52μm、累積90%粒子径(D90)は1.05μm、累積100%粒子径(D100)は2.31μmであり、凝集度D50/DSEMは2.26であった。
上記の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、ドデカノールとイソプロピルアルコール(IPA)からなる溶媒(ドデカノール(質量%):IPA(質量%)=9:1)280g(69.6質量%)に添加して、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、銀粒子の平均一次粒子径(DSEM)を算出するとともに、累積10%粒子径(D10)、累積50%粒子径(D50)、累積90%粒子径(D90)および累積100%粒子径(D100)を測定したところ、平均一次粒子径(DSEM)は0.23μm、累積10%粒子径(D10)は0.19μm、累積50%粒子径(D50)は0.45μm、累積90%粒子径(D90)は1.00μm、累積100%粒子径(D100)は2.31μmであり、凝集度D50/DSEMは1.97であった。なお、この銀粒子分散液の凝集度D50/DSEMは、上記の混練前のこの銀粒子の凝集度D50/DSEM(2.26)より0.29だけ減少しており、実施例1〜8のように炭素数18の脂肪酸が表面に付着した銀粉を使用した場合と比べて分散性が良好であった。
また、実施例1と同様の方法により、銀粒子分散液の初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降しており、斜めに吐出された箇所が数か所あり、ノズル周辺に滲みが見られた。さらに、実施例1と同様の方法により、冷凍3日後沈降と冷凍3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降していないことが確認され、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出されることが確認された。
[比較例]
実施例1と同様の銀粉120g(29.8質量%)と、分散剤(第一工業製薬株式会社製のプライサーフA212C)2.4g(0.6質量%)とを、溶媒としてのイソプロピルアルコール(IPA)280g(69.6質量%)に添加して、銀粒子を分散させた銀粒子分散液を得た。
このようにして得られた銀粒子分散液について、実施例1と同様の方法により、実施例1と同様の方法により、初期吐出性を確認したところ、銀粒子分散液の閉塞があり、間欠的に吐出していた。また、実施例1と同様の方法により、常温3日後沈降と常温3日後吐出性を確認したところ、銀粒子が沈降して、上澄みが透明になっており、吐出の際に銀粒子分散液の閉塞があり、間欠的に吐出していた。
これらの結果を表1〜表3に示す。なお、表3において、吐出性の評価では、銀粒子分散液の閉塞はなく、直線的に吐出された場合を○、銀粒子分散液の閉塞はないが、斜めに吐出され、ノズル周辺に滲みが見られた場合を△、銀粒子分散液の閉塞があり、間欠的に吐出していた場合を×で示し、また、沈降の評価では、銀粒子が沈降していなかった場合を◎、微量の銀粒子が沈降していた場合を○、明らかな境界を形成するように銀粒子が沈降していた場合を△、銀粒子が沈降して、上澄みが透明になっていた場合を×で示している。
Figure 2018080385
Figure 2018080385
Figure 2018080385
本発明による銀粒子分散液は、インクジェットプリンタなどにより基板に塗布して加熱または光照射などにより硬化させることにより、CIS(薄膜系)やHIT(単結晶系ハイブリッド型)のPV(太陽電池)や、デジタルサイネージやウエアラブル機器などのフレキシブル基板などを用いた電子部品の電極や回路などの導電膜を形成するために使用することができる。

Claims (23)

  1. 銀粉と溶媒とからなる銀粒子分散液において、銀粉の平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上であり、溶媒の主成分が、炭素数6〜20の有機化合物であることを特徴とする、銀粒子分散液。
  2. 前記溶媒が−80℃〜−20℃の温度で凍結する有機溶媒であることを特徴とする、請求項1に記載の銀粒子分散液。
  3. 前記炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトールまたはブチルカルビトールアセテートであることを特徴とする、請求項1または2に記載の銀粒子分散液。
  4. 前記炭素数6〜20の有機溶化合物が前記炭素数6〜12の1価の高級アルコールであり、前記溶媒が粘度調整剤として炭素数5以下の低級アルコールまたはケトン類を含むことを特徴とする、請求項3に記載の銀粒子分散液。
  5. 前記炭素数6〜12の1価の高級アルコールがドデカノールであることを特徴とする、請求項3または4に記載の銀粒子分散液。
  6. 前記銀粉の表面に脂肪酸が付着していることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の銀粒子分散液。
  7. 前記脂肪酸がヒドロキシル基を有する脂肪酸であることを特徴とする、請求項6に記載の銀粒子分散液。
  8. 前記ヒドロキシル基を有する脂肪酸がリシノール酸であることを特徴とする、請求項7に記載の銀粒子分散液。
  9. 前記銀粒子分散液が分散剤を含むことを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の銀粒子分散液。
  10. 前記銀粒子分散液中の前記銀粉の含有量が10〜45質量%であることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載の銀粒子分散液。
  11. 平均一次粒子径(DSEM)が0.15〜0.5μmであり且つ平均一次粒子径(DSEM)に対する体積基準の累積50%粒子径(D50)の比(D50/DSEM)が1.7以上である銀粉を、炭素数6〜20の有機化合物を主成分とする溶媒に混合することを特徴とする、銀粒子分散液の製造方法。
  12. 前記溶媒が−80℃〜−20℃の温度で凍結する有機溶媒であることを特徴とする、請求項11に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  13. 前記炭素数6〜20の有機化合物が、炭素数6〜12の1価の高級アルコール、ブチルカルビトールまたはブチルカルビトールアセテートであることを特徴とする、請求項11または12に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  14. 前記炭素数6〜20の有機溶化合物が前記炭素数6〜12の1価の高級アルコールであり、前記溶媒が粘度調整剤として炭素数5以下の低級アルコールまたはケトン類を含むことを特徴とする、請求項13に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  15. 前記炭素数6〜12の1価の高級アルコールがドデカノールであることを特徴とする、請求項13または14に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  16. 前記銀粉の表面に脂肪酸が付着していることを特徴とする、請求項11乃至15のいずれかに記載の銀粒子分散液の製造方法。
  17. 前記脂肪酸がヒドロキシル基を有する脂肪酸であることを特徴とする、請求項16に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  18. 前記ヒドロキシル基を有する脂肪酸がリシノール酸であることを特徴とする、請求項17に記載の銀粒子分散液の製造方法。
  19. 前記銀粉を前記溶媒に混合する際に分散剤を混合することを特徴とする、請求項11乃至18のいずれかに記載の銀粒子分散液の製造方法。
  20. 前記銀粒子分散液中の前記銀粉の含有量が10〜45質量%であることを特徴とする、請求項11乃至19のいずれかに記載の銀粒子分散液の製造方法。
  21. 前記銀粉を前記溶媒に混合して得られたスラリーに、超音波を加えながら加圧して0.1〜2μmメッシュのフィルタを通すことを特徴とする、請求項11乃至20のいずれかに記載の銀粒子分散液の製造方法。
  22. 請求項1乃至10のいずれかに記載の銀粒子分散液をインクジェットプリンタにより基材に塗布して硬化させることを特徴とする、導電膜の製造方法。
  23. 前記銀粒子分散液を凍結して保存した後、解凍して前記インクジェットプリンタにより前記基材に塗布することを特徴とする、請求項22に記載の導電膜の製造方法。
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