JP2020105624A - 金属微粒子の分散体 - Google Patents
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Abstract
Description
金属微粒子の工業的利用を促進するため、種々の金属微粒子の分散体が検討されている。例えば、金属原子(微粒子)を生成させる化学法として、液中で金属化合物から溶出する金属イオンを還元する方法、金属錯体の熱分解により金属原子を取り出す方法等の湿式法が知られている。金属錯体を用いる方法では高温下での熱処理を必要とし、金属錯体の還元に用いる還元液には残留有機物等の除去に関する問題があり、工業的に実用性の高い金属微粒子の分散体の検討がなされてきた。
特許文献2には、還元力の強い還元剤を使用しても、貴金属イオンのような容易に還元される金属イオンから、導電性材料として使用可能な低温焼結性を発現する金属ナノ粒子を得る方法の提供を目的として、金属コロイド用保護剤(1)と金属化合物を含む混合物と、金属コロイド用保護剤(2)と還元剤を含む混合物を混合させる金属ナノ粒子の製造方法が記載されている。
本発明は、金属微粒子のキュムラント平均粒径が0.1μm以下であり、かつ高温下における保存安定性に優れる金属微粒子の分散体、及び該金属微粒子の分散体を含有するインクを提供することを課題とする。
[1]金属微粒子の分散体であって、
ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールを含有し、
該金属微粒子のキュムラント平均粒径が0.01μm以上0.1μm以下である、
金属微粒子の分散体。
[2]前記[1]に記載の金属微粒子の分散体を含有する、インク。
[3]前記[2]に記載のインクを印刷媒体上に塗布し、金属膜が形成された印刷物を得る、印刷物の製造方法。
[4]前記[2]に記載のインクから形成されてなる、RFIDタグ用アンテナ。
[5]前記[4]に記載のRFIDタグ用アンテナを含む、RFIDタグ。
[6]前記[2]に記載のインクから形成されてなる内部電極層を含む、積層セラミックコンデンサ。
本発明の金属微粒子の分散体(以下、「金属微粒子分散体」又は「分散体」ともいう)は、ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールを含有し、該金属微粒子のキュムラント平均粒径が0.01μm以上0.1μm以下である。
本発明において金属微粒子分散体は、金属微粒子がヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールを含む媒体中に分散されてなるものである。
本発明の金属微粒子分散体は、ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールを含有する。ヒドロキシアセトンは分子中にカルボニル基とヒドロキシ基を含み、プロピレングリコールは分子中に2つのヒドロキシ基を含み、これらの官能基によりヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールが金属微粒子に配位及び吸着するため、キレート効果により該金属微粒子の分散安定性が向上すると考えられる。また、ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールは低分子であるため、立体障害が小さく、金属微粒子表面に密に配位及び吸着することができると考えられる。さらに、ヒドロキシアセトン(モノヒドロキシアセトン)は、カルボニル基の両側に疎水性のメチル基及び親水性のヒドロキシメチル基を有するため、親疎水のバランスに優れ、通常金属微粒子の分散安定性が悪化するような高温保管時においても金属微粒子表面から脱離し難く分散安定性を向上させることができると考えられる。その結果、高温保管という厳しい条件下においても保存安定性に優れる金属微粒子分散体を得ることができると考えられる。
本発明に係る金属微粒子を構成する金属(金属原子)は、チタン、ジルコニウム等の第4族の遷移金属、バナジウム、ニオブ等の第5族の遷移金属、クロム、モリブデン、タングステン等の第6族の遷移金属、マンガン、テクネチウム、レニウム等の第7族の遷移金属、鉄、ルテニウム等の第8族の遷移金属、コバルト、ロジウム、イリジウム等の第9族の遷移金属、ニッケル、パラジウム、白金等の第10族の遷移金属、銅、銀、金等の第11族の遷移金属、亜鉛、カドミウム等の第12族の遷移金属、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の第13族の金属、ゲルマニウム、スズ、鉛等の第14族の金属などが挙げられる。金属微粒子を構成する金属は、1種を単独金属として用いてもよく、2種以上を併用して合金として用いてもよい。中でも、好ましくは第4族〜第11族で第4周期〜第6周期の遷移金属であり、より好ましくは銅や金、銀、白金、パラジウム等の貴金属であり、更に好ましくは金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる少なくとも1種であり、より更に好ましくは金、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種であり、より更に好ましくは銀である。金属の種類は、高周波誘導結合プラズマ発光分析法により確認することができる。
本発明において金属微粒子は、分散剤Bにより分散されてなることが好ましい。該分散剤Bは、界面活性剤、ポリマー等の金属微粒子を分散させる機能を有するものであれば特に制限はない。
金属微粒子は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、分散剤Bとしてポリマーbで分散されてなることが好ましい。ポリマーbは、親水性基を含むものが好ましく、該ポリマーbの側鎖に親水性基を有するものがより好ましい。
該親水性基としては、カルボキシ基(−COOM)、スルホン酸基(−SO3M)、リン酸基(−OPO3M2)等の解離して水素イオンが放出されることにより酸性を呈する基、又はそれらの解離したイオン形(−COO-、−SO3-、−OPO3 2-、−OPO3 -M)等のアニオン性基;ヒドロキシ基、アミド基、オキシアルキレン基等の非イオン性基;1級、2級、又は3級アミノ基のプロトン酸塩、及び第4級アンモニウム基等のカチオン性基などが挙げられる。前記化学式中、Mは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを示す。
非イオン性ポリマーとしては、ポリビニルピロリドン等のビニルピロリドンに由来する構造を有するポリマー、ポリアクリルアミド等のアクリルアミドに由来する構造を有するポリマー、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド鎖を有するポリマー等が挙げられる。
アニオン性基を有するポリマーとしては、カルボキシ基を有するものが好ましい。カルボキシ基を有するポリマーの基本構造としては、ポリエステル、ポリウレタン等の縮合系ポリマー;アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂等のビニル系ポリマー等が挙げられる。
モノマー(b−1)に含まれるカルボキシ基は前述のとおりである。
モノマー(b−1)としては、具体的には、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等の不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸などが挙げられる。なお、前記不飽和ジカルボン酸は無水物であってもよい。
モノマー(b−1)は、1種を単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
モノマー(b−1)は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種である。
本発明において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる少なくとも1種を意味する。以下における「(メタ)アクリル酸」も同義である。
モノマー(b−2)は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、ポリマーbのモノマー成分として用いることが好ましい。
本発明において「疎水性」とは、モノマーを25℃のイオン交換水100gへ飽和するまで溶解させたときに、その溶解量が10g未満であることをいう。モノマー(b−2)の前記溶解量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下である。
モノマー(b−2)としては、好ましくは芳香族基含有モノマー及び脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有する(メタ)アクリレートから選ばれる少なくとも1種である。
本発明において、「(メタ)アクリレート」とはアクリレート及びメタクリレートから選ばれる少なくとも1種である。以下における「(メタ)アクリレート」も同義である。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、4−ビニルトルエン(4−メチルスチレン)、ジビニルベンゼン等が挙げられるが、スチレン、α−メチルスチレンが好ましい。
芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
モノマー(b−2)は、1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。
モノマー(b−3)は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、ポリマーbのモノマー成分として用いることが好ましい。
モノマー(b−3)は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、ポリマーbの側鎖としてポリアルキレングリコールセグメントを導入することできるモノマーが好ましい。該モノマーとしては、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシアルキレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。モノマー(b−3)は、1種を単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
該アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートとしては、メトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、プロポキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、オクトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記ポリアルキレングリコールセグメント中のアルキレンオキシド由来の単位数は、好ましくは2以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは10以上であり、そして、好ましくは100以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である。
前記ポリアルキレングリコールセグメントは、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、エチレンオキシド由来の単位とプロピレンオキシド由来の単位を含む共重合体であることが好ましい。エチレンオキシド単位(EO)とプロピレンオキシド単位(PO)とのモル比[EO/PO]は、好ましくは60/40以上、より好ましくは65/35以上、更に好ましくは70/30以上であり、そして、好ましくは90/10以下、より好ましくは85/15以下、更に好ましくは80/20以下である。
エチレンオキシド由来の単位とプロピレンオキシド由来の単位を含む共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体のいずれであってもよい。
ポリマーb製造時における、モノマー(b−1)〜(b−3)の原料モノマー中における含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又はポリマーb中におけるモノマー(b−1)〜(b−3)由来の構成単位の含有量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、次のとおりである。
モノマー(b−1)の含有量は、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に好ましくは15モル%以上であり、そして、好ましくは40モル%以下、より好ましくは35モル%以下、更に好ましくは30モル%以下である。
モノマー(b−2)の含有量は、好ましくは50モル%以上、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは65モル%以上であり、そして、好ましくは90モル%以下、より好ましくは85モル%以下、更に好ましくは80モル%以下である。
モノマー(b−3)の含有量は、好ましくは1モル%以上、より好ましくは5モル%以上、更に好ましくは7モル%以上であり、そして、好ましくは30モル%以下、より好ましくは20モル%以下、更に好ましくは15モル%以下である。
ポリマーbは、公知の方法で合成したものを用いてよく、市販品を用いてもよい。ポリマーbの市販品としては、BYK社製のDISPERBYK−190、同2015等が挙げられる。
ポリマーbの酸価は、実施例に記載の方法により測定される。
前記質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]は、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)を用いて実施例に記載の方法により測定されるポリマーb及び金属の質量から算出される。
本発明の金属微粒子分散体は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、ヒドロキシアセトンを含有する。
金属微粒子分散体中のヒドロキシアセトンの含有量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、より更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは3質量%以下である。
金属微粒子分散体中のヒドロキシアセトンの含有量及び上記質量比[ヒドロキシアセトン/金属]は、実施例に記載の方法により測定及び算出される。
本発明の金属微粒子分散体は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、プロピレングリコールを含有する。
金属微粒子分散体中のプロピレングリコールの含有量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下、更に好ましくは80質量%以下、より更に好ましくは75質量%以下、より更に好ましくは70質量%以下である。
本発明においてプロピレングリコールは金属微粒子分散体の分散媒としてもよい。この場合には、金属微粒子分散体中のプロピレングリコールの含有量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
金属微粒子分散体におけるヒドロキシアセトンとプロピレングリコールとの質量比[ヒドロキシアセトン/プロピレングリコール]は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、更に好ましくは0.01以上、より更に好ましくは0.015以上であり、そして、好ましくは5.5以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは4以下、より更に好ましくは3以下、より更に好ましくは2以下、より更に好ましくは1以下である。
金属微粒子分散体中のプロピレングリコールの含有量、ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールの合計含有量及び上記の各質量比は、実施例に記載の方法により測定及び算出される。
本発明の金属微粒子分散体は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、更に、好ましくは炭素数1以上24以下の(ポリ)カルボン酸を含有し、より好ましくは炭素数1以上24以下のモノカルボン酸(以下、単に「モノカルボン酸」ともいう)を含有する。前記カルボン酸は、カルボキシ基以外の官能基を有していてもよい。該官能基としては、例えば、ハロゲン原子を含む官能基、ヒドロキシ基、チオール基等の少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基等の金属微粒子に対して配位性を有する官能基が挙げられる。
モノカルボン酸は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは飽和脂肪族モノカルボン酸である。
飽和脂肪族モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、パルミチン酸等の直鎖脂肪族カルボン酸等が挙げられ、中でも、好ましくはギ酸、酢酸及びプロピオン酸から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは酢酸及びギ酸から選ばれる少なくとも1種、更に好ましくは酢酸及びギ酸の併用である。
金属微粒子分散体中のモノカルボン酸の含有量及び上記質量比[モノカルボン酸/金属]は、実施例に記載の方法により測定及び算出される。
なお、金属微粒子分散体の金属濃度は、実施例に記載の方法より測定及び算出される。
本発明の金属微粒子分散体は、公知の方法により予め調製した金属微粒子に分散媒を添加及び混合する方法(i)、金属原料化合物A、分散剤B及び還元剤Cを混合して、該金属原料化合物Aを還元する方法(ii)等により得ることができる。中でも、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点から、下記工程1を含む方法(ii)が好ましい。
工程1:金属原料化合物A、分散剤B、及び還元剤Cを混合する工程
上記工程1により金属原料化合物Aが還元剤Cにより還元され、分散剤Bで分散した金属微粒子が形成される。工程1において、金属原料化合物A、分散剤B、及び還元剤Cは公知の方法で混合することができ、混合順序に特に制限はない。
金属原料化合物Aとしては、前述の金属を含む化合物であれば特に制限はなく、無機酸又は有機酸の金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属ハロゲン化物等が挙げられる。前記金属塩としては、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、過塩素酸塩等の無機酸の金属塩;酢酸塩等の有機酸の金属塩などが挙げられる。金属原料化合物Aは、1種を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。中でも、好ましくは無機酸又は有機酸の金属塩及び金属酸化物から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは硝酸の金属塩及び金属酸化物から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは金属酸化物である。金属原料化合物Aが金属酸化物の場合には、得られる分散体に金属イオンの対イオンが不純物として含まれず、透析等の精製を要することなく、金属微粒子分散体を得ることができる。
金属酸化物としては、好ましくは第4族〜第11族で第4周期〜第6周期の遷移金属の酸化物であり、より好ましくは銅や金、銀、白金、パラジウム等の貴金属の酸化物であり、更に好ましくは金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる少なくとも1種の酸化物であり、より更に好ましくは酸化金、酸化銀及び酸化銅から選ばれる少なくとも1種、より更に好ましくは酸化銀及び酸化金から選ばれる少なくとも1種である。
還元剤Cは、特に限定されず、無機還元剤、有機還元剤のいずれも用いることができる。
有機還元剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のアルデヒド類;アスコルビン酸、クエン酸等の酸類及びその塩;エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン(2−(ジメチルアミノ)エタノール)、N,N−ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミン、N,N−ジメチルプロパノールアミン、ブタノールアミン、ヘキサノールアミン等のアルカノールアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジメチルエチルアミン、ジエチルメチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等の(ポリ)アルキレンポリアミン等の脂肪族アミン;ピペリジン、ピロリジン、N−メチルピロリジン、モルホリン等の脂環族アミン;アニリン、N−メチルアニリン、トルイジン、アニシジン、フェネチジン等の芳香族アミン;ベンジルアミン、N−メチルベンジルアミン等のアラルキルアミンなどが挙げられる。
なお、還元剤Cは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
還元剤Cとしてプロピレングリコールを用いる場合、還元反応の際にプロピレングリコールが酸化されてヒドロキシアセトンが生成するため、還元反応の条件を調整することにより金属微粒子分散体中のヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールの含有量を調整することができ、またプロピレングリコールは金属微粒子分散体の分散媒としての機能も有するため、別途分散媒を添加する工程を要することがなく、製造容易性の観点から好ましい。また、金属微粒子分散体が更にモノカルボン酸を含有する態様の場合、還元剤Cとしてプロピレングリコールを用いて還元反応の条件を調整することにより、還元反応の際に前述のヒドロキシアセトンが更に酸化されギ酸と酢酸が生成するため、別途モノカルボン酸を添加する工程を要することがなく、製造容易性の観点から好ましい。
工程1−1:金属原料化合物A、及び分散剤Bを含有する混合物と、還元剤Cとを混合して、金属微粒子の分散液を得る工程
工程1−2:工程1−1で得られた分散液にプロピレングリコールを添加後、ヒドロキシアセトンを添加する工程
工程1−1では、更に水系溶媒Dを用いてもよい。用いる水系溶媒Dは、水を主成分とするものが好ましく、更に有機溶媒を含有してもよい。該有機溶媒としては、エタノール、2−プロパノール等の炭素数1以上4以下の脂肪族アルコール、アセトン等の炭素数3以上8以下のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙げられる。
水系溶媒D中の水の含有量は、環境性の観点から、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは95質量%以上である。
工程1−1で水系溶媒Dを用いる場合、該水系溶媒Dは得られる金属微粒子分散体の分散媒としてもよい。また、工程1−2において、工程1−1で得られる分散液にプロピレングリコールを添加した後、水系溶媒Dを留去してもよい。
金属微粒子分散体を製造する際の金属原料化合物A、分散剤B及び還元剤Cの合計仕込み量に対する各成分の仕込み量は、金属微粒子の分散安定性を向上させ、分散体の保存安定性を向上させる観点、及び生産性の観点から、以下のとおりである。
金属原料化合物A、分散剤B及び還元剤Cの合計仕込み量に対する金属原料化合物Aの仕込み量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上であり、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。
金属原料化合物A、分散剤B及び還元剤Cの合計仕込み量に対する分散剤Bの仕込み量は、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。
金属原料化合物A、分散剤B及び還元剤Cの合計仕込み量に対する還元剤Cの仕込み量は、好ましくは25質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。
金属微粒子分散体又は金属微粒子の分散液を精製する方法は、特に制限はなく、透析、限外濾過等の膜処理;遠心分離処理等の方法が挙げられる。中でも、不純物を効率的に除去する観点から、膜処理が好ましく、透析がより好ましい。透析に用いる透析膜の材質としては、再生セルロースが好ましい。
透析膜の分画分子量は、不純物を効率的に除去する観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは10,000以上であり、そして、好ましく100,000以下、より好ましくは70,000以下である。
本発明のインクは、金属微粒子分散体を含有する。該金属微粒子分散体は、金属微粒子のキュムラント平均粒径が0.1μm以下であり、微細な金属微粒子を含有するため、金属膜を形成する際に膜表面の凹凸を低減することができる。また、ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールは低分子であるため、該インクを用いて金属膜を形成する際の乾燥工程で金属膜表面から脱離し易く、金属微粒子同士が近接するため、いわゆるプラズモン色が消色しやすく、金属本来の光沢を発現し、金属膜の光沢質が向上すると考えられる。
また、該金属微粒子分散体に含まれるヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールは低分子であるため、該インクを用いて金属膜を形成する際の焼結工程で金属膜表面から脱離し易く、金属微粒子同士のネッキングが速やかに進行し、高い導電性を有する金属膜を形成することができる。
本発明において「水系インク」とは、インクに含まれる媒体中で、水が最大割合を占めているインクを意味する。
前記有機溶媒としては、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル、含窒素複素環化合物、アミド、アミン、含硫黄化合物等が挙げられる。中でも、多価アルコール及び多価アルコールアルキルエーテルから選ばれる1種以上が好ましく、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコールジエチルエーテル及びジエチレングリコールモノイソブチルエーテルから選ばれる1種以上がより好ましい。
なお、プロピレングリコールは前述の金属微粒子分散体由来のものであってもよい。
前記インク中の金属の含有量は、印刷濃度の観点、及び導電性を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、そして、金属膜の光沢質を向上させる観点、及び、溶媒揮発時のインク粘度を低くし、保存安定性を向上させる観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは17質量%以下、より更に好ましく15質量%以下、より更に好ましくは13質量%以下、より更に好ましくは11質量%以下である。
前記インク中の金属の含有量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
前記インク中の金属とポリマーbとの合計含有量は、印刷濃度の観点、及び導電性を向上させる観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7質量%以上であり、そして、溶媒揮発時のインク粘度を低くし、保存安定性を向上させる観点から、好ましくは55質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは22質量%以下、より更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは17質量%以下、より更に好ましくは15質量%以下、より更に好ましくは13質量%以下である。
前記インク中の金属とポリマーbとの合計含有量は、実施例に記載の方法により算出されるインク中の金属の含有量及び質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]より算出することができる。
前記インク中の有機溶媒の含有量は、保存安定性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは18質量%以上、より更に好ましくは20質量%以上であり、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましく40質量%以下である。
前記インク中の水の含有量は、作業環境及び自然環境への負担を低減する観点、並びにインクの保存安定性を向上させる観点から、好ましくは20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは60質量%以上であり、そして、印刷濃度の向上の観点から、好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
前記インクにおける全固形分中の金属の質量比[金属/(インクの全固形分)]は、印刷濃度の向上の観点、及び導電性を向上させる観点から、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.7以上、より更に好ましくは0.8以上であり、そして、インクの保存安定性及び金属膜の光沢質を向上させる観点から、好ましくは0.98以下、より好ましくは0.96以下、更に好ましくは0.94以下である。
前記質量比[金属/(インクの全固形分)]は、実施例に記載の方法により測定することができる。
前記インク中の金属微粒子のキュムラント平均粒径は、金属微粒子分散体のキュムラント平均粒径と同じであることが好ましく、好ましい該平均粒径の態様も、金属微粒子分散体のキュムラント平均粒径の好ましい態様と同じである。
前記インクの32℃の粘度は、保存安定性の観点から、好ましくは2mPa・s以上、より好ましくは3mPa・s以上、更に好ましくは4mPa・s以上であり、そして、好ましくは12mPa・s以下、より好ましくは9mPa・s以下、更に好ましくは7mPa・s以下である。前記インクの粘度は、E型粘度計を用いて測定できる。
前記インクの20℃のpHは、保存安定性の観点から、好ましくは7.0以上、より好ましくは7.2以上、更に好ましくは7.5以上である。また、部材耐性、皮膚刺激性の観点から、pHは、好ましくは11以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは9.5以下である。前記インクのpHは、常法により測定できる。
本発明において、前記インクを印刷媒体上に塗布し、金属膜が形成された印刷物を得ることができる。
前記インクは、膜表面の凹凸が低減された、金属光沢を有する金属調意匠に優れる金属膜を形成することができ、高温下における保存安定性に優れるため、特にフレキソ印刷用インキ、グラビア印刷用インキ、スクリーン印刷用インキ、又はインクジェット記録用インクとしてメタリック印刷に好適に用いることができる。また、前記インクは、高い導電性を発現する金属膜を形成することができる。前記インクは、特に微細な金属微粒子を含有するため、吐出性の観点から、インクジェット記録用インクとして用いることがより好ましい。すなわち、前記インクの印刷媒体上への塗布方法としては、インクジェット印刷法が好ましい。
前記インクをインクジェット記録用インクとして用いる場合、該インクを公知のインクジェット記録装置に装填し、インク液滴として印刷媒体に吐出して画像等を形成することができる。
インクジェット記録装置としては、サーマル式及びピエゾ式があるが、本発明の水系顔料分散体を含有するインクは、ピエゾ式のインクジェット記録用インクとして用いることがより好ましい。
一般的に入手できる樹脂フィルムとしては、例えば、ルミラーT60(東レ株式会社製、ポリエステル)、テオネックスQ51−A4(帝人フィルムソリューション株式会社製、ポリエチレンナフタレート)、PVC80B P(リンテック株式会社製、ポリ塩化ビニル)、DGS−210WH(ローランドディージー株式会社製、ポリ塩化ビニル)、透明塩ビRE−137(株式会社ミマキエンジニアリング製、ポリ塩化ビニル)、カイナスKEE70CA(リンテック株式会社製、ポリエチレン)、ユポSG90 PAT1(リンテック株式会社製、ポリプロピレン)、FOR、FOA(いずれもフタムラ化学株式会社製、ポリプロピレン)、ボニールRX(興人フィルム&ケミカルズ株式会社製、ナイロン)、エンブレムONBC(ユニチカ株式会社製、ナイロン)等が挙げられる。
インクジェットヘッドのヘッド温度は、金属光沢を向上させる観点、及び導電性を向上させる観点から、好ましくは15℃以上、より好ましくは20℃以上、更に好ましくは25℃以上であり、そして、好ましくは45℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは35℃以下である。
インクジェットヘッドのヘッド電圧は、印刷の効率性等の観点から、好ましくは5V以上、より好ましくは10V以上、更に好ましくは15V以上であり、そして、好ましくは40V以下、より好ましくは35V以下、更に好ましくは30V以下である。
ヘッドの駆動周波数は、印刷の効率性等の観点から、好ましくは1kHz以上、より好ましくは5kHz以上、更に好ましくは10kHz以上であり、そして、好ましくは50kHz以下、より好ましくは40kHz以下、更に好ましくは35kHz以下である。
印刷媒体へのインクの付与量は、固形分として、好ましくは0.5g/m2以上、より好ましくは1g/m2以上、更に好ましくは2g/m2以上であり、そして、好ましくは20g/m2以下、より好ましくは15g/m2以下、更に好ましくは10g/m2以下である。
解像度は、好ましくは200dpi以上、より好ましくは300dpi以上であり、そして、好ましくは1,000dpi以下、より好ましくは800dpi以下、更に好ましくは600dpi以下である。ここで、本明細書における「解像度」とは、印刷媒体に形成される1インチ(2.54cm)あたりのドットの数をいう。例えば「解像度が600dpi」とは、ノズル列の長さあたりのノズル孔の個数が600dpi(ドット/インチ)配置されたラインヘッドを用いて、印刷媒体上にインク液滴を吐出すると、それに対応する1インチあたり600dpiのドットの列が、印刷媒体の搬送方向と垂直な方向に形成され、そして、印刷媒体を搬送方向に移動させながらインク液滴を吐出すると、印刷媒体上には搬送方向にも1インチあたり600dpiのドットの列が形成されることをいう。本明細書では、印刷媒体の搬送方向に対して垂直な方向の解像度と、搬送方向の解像度は同じ値として表される。
本発明においては、金属光沢を向上させる観点、及び導電性を向上させる観点から、前記インクを印刷媒体上に塗布した後、印刷媒体上のインク被膜を加熱処理することが好ましい。
該加熱処理により、インク被膜中の媒体を蒸発乾燥させて金属光沢が発現し、さらに金属微粒子を焼結させて導電性を発現する金属膜を形成することができる。
加熱処理の方法は、特に制限はなく、印刷媒体上のインク被膜面に熱風を付与して加熱する方法、印刷媒体上のインク被膜面にヒーターを近づけて加熱する方法、印刷媒体のインク被膜が形成された表面と反対側の面にヒーターを接触させて加熱する方法、常圧又は高圧で高温蒸気を用いる蒸気養生によって加熱する方法等が挙げられる。
加熱処理温度は印刷媒体が変形する温度未満であることが好ましい。
金属膜の体積固有抵抗値は、好ましくは5×10-5Ω・cm以下、より好ましくは4×10-5Ω・cm以下、更に好ましくは3×10-5Ω・cm以下、より更に好ましくは2×10-5Ω・cm以下であり、そして、印刷物の生産容易性の観点から、好ましくは2×10-6Ω・cm以上、より好ましくは4×10-6Ω・cm以上、更に好ましくは6×10-6Ω・cm以上である。
前記体積固有抵抗値は、実施例に記載の方法で測定される。
本発明のRFIDタグは、前記インクから形成されてなる金属膜をRFIDタグ用アンテナとして含むものが好ましい。該RFIDタグ用アンテナは、前記インクを基材上に塗布し、該インク中に含まれる金属微粒子を焼結させることにより得ることができる。
前記RFIDタグ用アンテナの基材としては、前述の印刷媒体が挙げられる。
前記RFIDタグは、RFIDタグ用アンテナの導電性の低下を抑制する観点から、さらに接着剤や粘着剤を介して樹脂フィルムや紙等の貼合又は樹脂の塗布による被覆により、半導体チップを実装したRFIDタグ用アンテナを封入した構造を有してもよい。
前記RFIDタグの形状は、RFIDタグ用アンテナと通信回路からなるインレイ型、ラベル型、カード型、コイン型、スティック型等が挙げられ、用途に応じて適宜選択して加工することができる。
前記RFIDタグのアンテナパターン形状及びサイズは用途に応じて適宜選択することができる。また、該アンテナパターン形状及びサイズによりRFIDタグの通信距離を選択することができる。
本発明の積層セラミックコンデンサ(MLCC)は、前記インクから形成されてなる金属膜を内部電極層として含むものが好ましい。前記インクは微細な金属微粒子を含有するため、MLCCの内部電極層を薄層化することができ、MLCCを小型化することができる。
多層積層シートは、誘電体層形成用セラミックスラリー及び前記インクを印刷媒体上に交互に積層印刷する印刷法;誘電体層形成用セラミックスラリーにより形成される未焼成のセラミックグリーンシート上に前記インクを塗布したものを複数枚用意し、これらを誘電体層と内部電極層とが交互になるように積層するシート法等により製造することができる。
誘電体層形成用セラミックスラリーは、例えば、チタン酸バリウム等のセラミックの原料粉末に、ポリビニルブチラール等の有機バインダー及び溶剤を加えたものを用いることができる。
多層積層シートは、所定サイズのチップに切断した後、加熱処理してポリマー等の有機物を燃焼除去させた後、還元性ガス雰囲気下にて焼成し、コンデンサ焼成体となる。
有機物の燃焼除去は、例えば180℃以上400℃以下の温度で0.5時間以上24時間以下行うことが好ましい。
多層積層シートの焼成は、例えば700℃以上1400℃以下の温度で0.5時間以上8時間以下行うことが好ましい。
得られたコンデンサ焼成体の両端に一対の外部電極を形成し、該外部電極と内部電極層とが電気的に接続されることにより、MLCCが得ることができる。
前記MLCCにおける誘電体層の厚みは、特に限定されないが、誘電体層の薄層化及びMLCCの小型化の観点から、好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下、更に好ましくは1μm以下であり、そして、MLCCの製造容易性の観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.3μm以上、更に好ましくは0.5μm以上である。
内部電極層及び誘電体層の厚みは走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定することができる。
レーザー粒子解析システム「ELS−8000」(大塚電子株式会社製)を用いてキュムラント解析を行い、キュムラント平均粒径を測定した。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力した。測定サンプルの濃度は、5×10-3%(固形分濃度換算)で行った。
金属微粒子分散体中のヒドロキシアセトン、プロピレングリコール、ポリマー分散剤、低分子カルボン酸等の各成分の含有量は、下記の1H−NMRを用いる方法により定量した。
(測定条件)
測定器:FT−NMR Mercury−400(VARIAN社製)
測定核:1H
測定サンプル:金属微粒子分散体0.2gと下記内部標準を含む重水1.0gとを混合したものを用いた。
磁場強度:14.09637[T]
スキャン回数:16回
測定温度:30℃
緩和時間:45秒
(内部標準を含む重水の調製)
100mLメスフラスコにTSP(3−(トリメチルシリル)(プロピオン酸ナトリウム−2,2,3,3−d4))を0.1g秤量した後、重水で100mLまでメスアップし、一晩かけて完全に溶解させて、TSP内部標準を含む重水を調製した。
(金属微粒子分散体中の各成分の含有量の定量)
得られた1H−NMRスペクトルより、各成分のプロトンのシグナルの積分値から定量した。該定量には、TSPをδ0ppmとして、δ4.1ppmの積分値(ヒドロキシアセトンのメチレンプロトン)、δ1.1ppmの積分値(プロピレングリコールのメチルプロトン)、δ1.8ppmの積分値(酢酸のアセチルプロトン)、δ7.9ppmの積分値(ギ酸のホルミルプロトン)を用いた。他の成分の定量に用いた積分値については後述する。
(2−2)金属微粒子分散体中の各成分の定性分析
金属微粒子分散体中の各成分の定性は、ガスクロマトグラフ(GC)を用いた分析により行った。測定条件は以下のとおりである。
GC:Agilent Technology 6890N NetworkGC
水素発生装置:GL Science HG26S
GC温度条件:40℃で5分保持した後、40℃から240℃まで10℃/minで昇温し、5分保持した。
測定サンプル:金属微粒子分散体0.1gとアセトン9.9gを混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC−13HP PTFE 0.2μm、アドバンテック株式会社製)で濾過したものを用いた。
標準サンプルの検出時間:ヒドロキシアセトン10.03min、ギ酸5.87min、酢酸11.47min、アセトン2.48min
N,N−ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲル浸透クロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC−8320GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSKgel SuperAWM−H、TSKgel SuperAW3000、TSKgel guardcolumn Super AW−H)、流速:0.5mL/min〕により、標準物質として分子量既知の単分散ポリスチレンキット〔PStQuick B(F−550、F−80、F−10、F−1、A−1000)、PStQuick C(F−288、F−40、F−4、A−5000、A−500)、東ソー株式会社製〕を用いて測定した。
測定サンプルは、ガラスバイアル中にポリマーb 0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC−13HP PTFE 0.2μm、アドバンテック株式会社製)で濾過したものを用いた。
ポリマーbの酸価は、JIS K 0070の方法に基づき測定した。ただし、測定溶媒のみJIS K 0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=4:6(容量比))に変更した。
30mlのポリプロピレン製容器(φ=40mm、高さ=30mm)にデシケーター中で恒量化した硫酸ナトリウム10.0gを量り取り、そこへサンプル約1.0gを添加して、混合させた後、正確に秤量し、105℃で2時間維持して、揮発分を除去し、更に室温(25℃)のデシケーター内で更に15分間放置したのちに、質量を測定した。揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、添加したサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
得られた金属微粒子分散体又はインクをドライチャンバー(東京理化器械株式会社製、型式:DRC−1000)を付属した凍結乾燥機(東京理化器械株式会社製、型式:FDU−2110)を用いて、乾燥条件(−25℃1時間凍結、−10℃9時間減圧、25℃5時間減圧。減圧度5Pa)にて凍結乾燥することにより、ポリマーbを含む金属乾燥粉を得た。
この金属乾燥粉について、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)(株式会社日立ハイテクサイエンス社製、商品名:STA7200RV)を用いて、試料10mgをアルミパンセルに計量し、10℃/分の昇温速度で35℃から550℃まで昇温し、50mL/分の空気フロー下で質量減少を測定した。35℃から550℃までの質量減少をポリマーbの質量、550℃での残質量を金属の質量として、質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]を算出した。
上記(6)で得られた質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]及び上記(5)で得られた金属微粒子分散体又はインクの固形分濃度から、金属微粒子分散体又はインクの金属濃度、すなわち金属微粒子分散体又はインク中の金属の含有量を算出した。
実施例1−1
(工程1)
100mLのなす型フラスコに、金属原料化合物Aとして酸化銀(富士フイルム和光純薬株式会社、特級)を10g、ポリマーbとしてアクリル酸/マレイン酸/スチレン/アルコキシ(ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコール)アクリレート(アルキレンオキシド単位数:32モル、モル比[EO/PO]=75/25)共重合体〔固形分40%の該共重合体水溶液(BYK社製、商品名:DISPERBYK−190)を絶乾状態にしたもの〕(数平均分子量:4,500、酸価:20mgKOH/g)(以下、「BYK−190dry」ともいう)を0.8g、還元剤Cとしてプロピレングリコール(富士フイルム和光純薬株式会社、特級)(以下、「PG」ともいう)を20g投入し、常温でマグネチックスターラーにて1時間撹拌した。その後、該フラスコ内の内温が40℃となるように40℃のウオーターバスに浸漬し、内温が40℃に到達後1時間撹拌して還元処理を行い、次いで空冷し、金属微粒子分散体D1を得た。
得られた金属微粒子分散体D1の質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]及び金属濃度を前述の方法により測定及び算出し、キュムラント平均粒径を測定した。
また、得られた金属微粒子分散体D1中の各成分をGCにより定性し、ヒドロキシアセトン、酢酸、及びギ酸が生成していることを確認した。金属微粒子分散体D1中の各成分の含有量は、前述の1H−NMRにより確認し、該含有量から各質量比を算出した。ただし、金属微粒子分散体D1中のBYK−190dryの含有量は、前述の方法により得られる金属微粒子分散体D1の質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]及び金属微粒子分散体の固形分濃度から求めた。
これらの結果を表1に示す。
(工程1−1)
100mLのガラスビーカー中に、金属原料化合物Aとして硝酸銀を14g、ポリマーbとしてBYK−190dryを0.8g、水系溶媒Dとしてイオン交換水を14g投入し、常温で、マグネチックスターラーにより透明になるまで撹拌して混合物を得た。次いで、100mLの滴下ロートに還元剤CとしてN,N−ジメチルエタノールアミン(DMAE)を23g入れ、前記混合物に30分かけて滴下した。その後、40℃のウオーターバスにつけ、5時間撹拌を行い、その後空冷し、濃茶色の金属微粒子の水分散液(2)を得た。1時間静置した。
(精製工程)
工程1−1で得られた金属微粒子の水分散液(2)を、再生セルロース製透析チューブ(スペクトラポア社製 プペクトラポア6MWCO=50K)に投入し、チューブ上下をクローサーにて密封した。このチューブを、5Lガラスビーカー中の5Lのイオン交換水につけ、1時間撹拌した。その後イオン交換水を1時間ごとに全量交換する作業を3回繰り返した後、24時間撹拌し、透析を完了し、精製した金属微粒子の水分散液(2’)を得た。
(工程1−2)
精製した金属微粒子の水分散液(2’)にPG22gを添加して混合した後、水が除去されなくなるまで80℃減圧(40kPa)下で濃縮を行い、PGを分散媒とする金属微粒子分散体(d2)を得た。更に、ヒドロキシアセトン(東京化成工業株式会社製、特級試薬)、酢酸(東京化成工業株式会社製、特級試薬)、及びギ酸(東京化成工業株式会社製、特級試薬)を、マグネチックスターラーで撹拌しながら添加し、表1に示す金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)の金属微粒子分散体D2を得た。
また、得られた金属微粒子分散体D2の質量比[ポリマーb/(ポリマーb+金属)]及び金属濃度を前述の方法により測定及び算出し、キュムラント平均粒径を測定した。結果を表1に示す。
実施例1−2において、工程1−2で添加するヒドロキシアセトンの量を変更し、金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)を表1に示すように変更した以外は同様にして、金属微粒子分散体D3、D4を得た。
実施例1−2において、工程1−2で添加するPGを、実施例1−5ではPGとエチレングリコール(東京化成工業株式会社製、特級試薬)(以下、「EG」ともいう)との併用に変更し、実施例1−6ではPGの量を変更し、金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)を表1に示すように変更した以外は同様にして、金属微粒子分散体D5、D6を得た。EGの定量には、1H−NMRのδ3.7ppmの積分値(EGのエチレンプロトン)を用いた。
実施例1−2において、工程1−2で添加するカルボン酸の種類及び量を変更し、金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)を表1に示すように変更した以外は同様にして、金属微粒子分散体D7〜D10を得た。
なお、酢酸及びギ酸に代えて他のカルボン酸として、実施例1−8ではフマル酸を、実施例1−9ではプロピオン酸を用いた。フマル酸の定量には、1H−NMRのδ6.6ppmの積分値(フマル酸のオレフィンプロトン)を、プロピオン酸の定量には、1H−NMRのδ2.4ppmの積分値(プロピオン酸のメチレンプロトン)を用いた。
実施例1−1において、金属原料化合物Aを酸化金(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)に変更した以外は同様にして、表1に示す金属微粒子分散体D11を得た。
実施例1−2において、工程1−2で添加するPGを、PGとEGとの併用に変更し、金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)を表1に示すように変更した以外は同様にして、金属微粒子分散体D12を得た。
実施例1−2において、工程1−2で添加するヒドロキシアセトン及びPGの量を変更し、金属微粒子分散体中の各成分の含有量(%)を表1に示すように変更した以外は同様にして、金属微粒子分散体D13を得た。
実施例1−2において、ポリマーbとしてBYK−190dryに代えてポリビニルピロリドン(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬、重量平均分子量:10,000)を用いた以外は同様にして、表1に示す金属微粒子分散体D14を得た。ポリビニルピロリドンの定量には、1H−NMRのδ3.5ppmの積分値(ポリビニルピロリドンのN原子に結合するピロリドン環のメチレンプロトン)を用いた。
実施例1−2において、ヒドロキシアセトンを添加しなかった以外は同様にして、表1に示す金属微粒子分散体DC1を得た。
実施例1−2において、PGの代わりにEGを用いた以外は同様にして、表1に示す金属微粒子分散体DC2を得た。
実施例及び比較例で得られた各金属微粒子分散体10gを30mLガラス製バイアルに入れ、80℃の恒温槽で7日間(1週間)加温し、保存した。その後常温にて1日静置し、キュムラント平均粒径を前記と同様に測定した。キュムラント平均粒径比[保存後のキュムラント平均粒径/保存前のキュムラント平均粒径]により保存安定性を評価した。該平均粒径比が1に近いほど保存安定性が高いことを示す。結果を表1に示す。
(インクの製造)
実施例2−1
実施例1−1と同様の操作を行い、金属微粒子分散体D1を得た。得られた金属微粒子分散体D1全量が入ったなす型フラスコにマグネチックスターラーで撹拌しながらイオン交換水を加えて撹拌し、インク中の金属の含有量を10%に調整した。その後、5μmのメンブランフィルター(ザルトリウス社製、商品名:ミニザルト)を取り付けた容量25mLの針なしシリンジ(テルモ株式会社製)で濾過し、インクを得た。粘度は5.4mPa・s(32℃)、pHは8.3(20℃)であった。
実施例2−1において金属微粒子分散体D1を、実施例1−2〜1−14、比較例1−1及び1−2と同様の操作で得られた金属微粒子分散体D2〜D14、DC1及びDC2に変更した以外は実施例2−1と同様に行い、各インク(金属の含有量:10%)を得た。
実施例及び比較例で得られた各インクを用いて下記の印刷条件による方法で印刷を行い、下記に示す方法により印刷媒体上に形成した金属膜の光沢質の評価を行った。結果を表2に示す。
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェットヘッド(京セラ株式会社製、KJ4B−QA06NTB−STDV、ピエゾ式、ノズル数2,656個)を装備したインクジェット印刷評価装置(株式会社トライテック製)にインクを充填した。
ヘッド電圧26V、ヘッドの駆動周波数20kHz、吐出液滴量18pl、ヘッド温度32℃、解像度600dpi、吐出前フラッシング回数200発、負圧−4.0kPaを設定し、印刷媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、印刷媒体を搬送台に減圧で固定した。前記印刷評価装置に印刷命令を転送し、Duty100%で、印刷媒体にインクを吐出して付着させた後、ホットプレート上にて60℃で2分間、印刷媒体上のインクを加熱乾燥し、金属膜を形成し、光沢質評価用印刷物1〜14及びC1〜C2を得た。
なお、印刷媒体は、ポリエステルフィルム(東レ株式会社製、ルミラーT60、厚み75μm)を用いた。
上記で得られた光沢質評価用印刷物を、積分球方式分光測色計(コニカミノルタ株式会社製CM−700d)にてSCIモード(全光線モード)にてb*を測定した。b*値が0に近いほど金属本来の光沢が発現し、金属膜の光沢質が向上していることを示す。結果を表2に示す。
実施例2−1のインクを用い、前述の光沢質評価用印刷物の作製において、印刷媒体をポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(帝人フィルムソリューション株式会社製、テオネックスQ51−A4)(縦210mm×横297mm、厚み25μm)に変更した以外は、同様の印刷条件にてベタ画像のインク被膜を形成した。その後、真空乾燥機(アズワン社製、AVO−200NB)で190℃、8kPaの条件で1時間加熱を行い、金属膜を形成し、導電性評価用印刷物1を得た。
上記で得られた導電性評価用印刷物を用いて、下記の方法で体積固有抵抗値を測定し、金属膜の導電性を評価した。
上記で得られた導電性評価用印刷物を用い、低抵抗 抵抗率計(株式会社三菱ケミカルアナリテック製、ロレスタGP MCP−T610)にASPプローブを接続し、JIS K7194「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準じて、4端子4探針法によって10箇所の抵抗値の測定を行い、その平均値を体積固有抵抗値とした。
なお、体積固有抵抗値の測定に用いる金属膜の厚みは、ステンレス製剃刀(フェザー安全剃刀株式会社製、76カミソリ通常用、刃の厚さ76μm)で切り出した金属膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(日立株式会社製、装置名:S−4800)によって測定した厚みを入力した。
導電性評価用印刷物1の体積固有抵抗値は1.6×10-5(Ω・cm)であり、十分な導電性を示した。
(インクジェット印刷によるRFIDタグ用アンテナの作製)
実施例2−1のインクを用い、前述の光沢質評価印刷物の作製において、印刷媒体を前記PENフィルム(縦210mm×横297mm、厚み25μm)に変更した以外は同様の印刷条件にて、UHF帯のRFIDタグ用アンテナとして動作するアンテナパターン(外形サイズ95mm×8mm)を形成した。その後、上記真空乾燥機にて190℃、8kPaの条件で1時間加熱を行い、RFIDタグ用アンテナ1を得た。
上記で作製したRFIDタグ用アンテナ1上に、導電ペースト(化研テック株式会社製、商品名:TKペーストCR−2800)を用いてUHF帯のRFID用半導体チップ(エイリアンテクノロジーズ社製、Alien−Higgs3)を実装し、RFIDタグ1を得た。同様にしてRFIDタグ1を合計100個得た。
UHF帯RFIDリーダライタ本体(株式会社東北システムズ・サポート製、DOTR−2100)及びソフト(株式会社東北システムズ・サポート製、RFID−BOX)を用い、通信距離20cmで通信し、書き込み、読み出しを行った。上記で得られた100個のRFIDタグ1で通信を行ったところ、100個全てのRFIDタグで通信が可能であり、不良率は0%であった。
(誘電体層形成用セラミックスラリーの調製)
誘電体層を形成する材料として、チタン酸バリウム(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級)を100部、ポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製、商品名:エスレックBM−2)7部、フタル酸ジオクチル(東京化成工業製、特級)3部、メチルエチルケトン(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級)30部、エタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級)20部、及びトルエン(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級)20部を、ジルコニアビーズ(株式会社ニッカトー社製、型番:YTZ−1)600部と共に、磁製ボールミル(日陶科学株式会社製、外径120mm、容量900mL)に投入し、200rpmで20時間混合し、誘電体層形成用セラミックスラリー1を得た。
前述の光沢質評価印刷物の作製において、印刷媒体を前記PENフィルム(縦210mm×横297mm、厚み25μm)に変更した以外は同様の印刷条件にて、誘電体形成層セラミックスラリー1及び内部電極層形成用インクとして実施例2−1のインクを用いて、該印刷媒体上に誘電体層と内部電極層とが交互に積層されるように印刷した後、該印刷媒体を剥離して多層積層シート1を得た。多層積層シート1の積層数は、誘電体層及び内部電極層の合計で256層であった。
得られた多層積層シート1を小型ボックス炉(光洋サーモシステム株式会社製、型番:KBF333N1)で190℃、1分間加熱処理することで溶剤を乾燥除去した。
次に、加熱処理された多層積層シート1をダイシングにより予め定められたカットラインに沿ってチップ状(サイズ32mm×16mm)に切断し、切断されたチップを上記小型ボックス炉でN2雰囲気中、350℃で3時間加熱し、ポリマー等の有機物を燃焼除去させた後、上記小型ボックス炉で還元性ガス雰囲気中、900℃で2時間焼成し、コンデンサ本体となるコンデンサ焼成体1を得た。
次に、コンデンサ焼成体1の両端面にガラスフリットを含有する銀ペースト(アズワン株式会社社製、型番:TDPAG−TS1002−80)を塗布し、上記小型ボックス炉でN2雰囲気中、800℃で焼き付けて外部電極を形成し、該外部電極と内部電極層とが
電気的に接続されたMLCC1を得た。
MLCC1の断面を上記SEMにて観察し、誘電体層及び内部電極層の積層状態を評価した。誘電体層及び内部電極層の各層の厚みは0.6μmであり、50箇所を観察したが厚みのばらつきはなく、厚み精度の高いMLCCが得られることが分かった。
Claims (15)
- 金属微粒子の分散体であって、
ヒドロキシアセトン及びプロピレングリコールを含有し、
該金属微粒子のキュムラント平均粒径が0.01μm以上0.1μm以下である、
金属微粒子の分散体。 - 金属微粒子がポリマーbで分散されてなり、該ポリマーbが側鎖にカルボキシ基を有する、請求項1に記載の金属微粒子の分散体。
- ヒドロキシアセトンと金属との質量比[ヒドロキシアセトン/金属]が0.005以上5以下である、請求項1又は2に記載の金属微粒子の分散体。
- プロピレングリコールと金属との質量比[プロピレングリコール/金属]が0.01以上20以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の金属微粒子の分散体。
- 更に炭素数1以上24以下のモノカルボン酸を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の金属微粒子の分散体。
- 前記モノカルボン酸と金属との質量比[モノカルボン酸/金属]が0.005以上1.5以下である、請求項5に記載の金属微粒子の分散体。
- 前記モノカルボン酸が、酢酸及びギ酸から選ばれる少なくとも1種である、請求項5又は6に記載の金属微粒子の分散体。
- 金属濃度が2質量%以上85質量%以下である、請求項1〜7のいずれかに記載の金属微粒子の分散体。
- 金属微粒子を構成する金属が銀である、請求項1〜8のいずれかに記載の金属微粒子の分散体。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の金属微粒子の分散体を含有する、インク。
- 請求項10に記載のインクを印刷媒体上に塗布し、金属膜が形成された印刷物を得る、印刷物の製造方法。
- 前記インクの印刷媒体上への塗布方法がインクジェット印刷法である、請求項11に記載の印刷物の製造方法。
- 請求項10に記載のインクから形成されてなる、RFIDタグ用アンテナ。
- 請求項13に記載のRFIDタグ用アンテナを含む、RFIDタグ。
- 請求項10に記載のインクから形成されてなる内部電極層を含む、積層セラミックコンデンサ。
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