JP2021042310A - メタリック塗液及び被塗工物 - Google Patents
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Abstract
Description
そしてこれらの方法で得られた銀ナノ粒子は、アミン分子のアミノ基が銀粒子表面に配位しており、ある種の分散媒に分散可能である。
また、塗液に基材を溶解する成分が含まれる場合、基材表面が溶解して、内部に銀ナノ粒子が入り込む。これにより、被塗工物に光が当てられた場合に銀ナノ粒子由来の局在表面プラズモンが起こり、色味の変化、光沢感の減少に繋がる場合がある。
本実施形態に係るメタリック塗液(以下、単に塗液とも称する)は、アミン化合物で表面が保護された銀ナノ粒子(以下、単に銀ナノ粒子とも称する)と、分散剤であるリン酸エステルと、分散媒とを有する。
このような銀化合物としては、例えば、蟻酸、酢酸、シュウ酸、マロン酸、安息香酸、フ
タル酸などのカルボン酸と銀が化合したカルボン酸銀の他、塩化銀、硝酸銀、炭酸銀等がある。そして、それらの銀化合物の中でも、分解により容易に金属を生成し、かつ、銀以外の不純物を生じにくい観点からシュウ酸銀が好ましく用いられる。
シュウ酸銀は、銀含有率が高いとともに、加熱によりシュウ酸イオンが二酸化炭素として分解除去される。このために、還元剤を必要とせず熱分解により金属銀がそのまま得られ、不純物が残留しにくい点で有利といえる。
また、アミノ基を複数有するジアミン化合物でもよい。ジアミン化合物の場合は、1級アミノ基と3級アミノ基とを備えると、1級アミノ基が選択的に銀原子に配位し、嵩高い3級アミノ基は外側を向くことになるため、銀ナノ粒子の表面が保護されやすい。
アミンとしては、例えば、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、1,2−ジメチルプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、n−ノニルアミン、n−アミノデカン、n−アミノウンデカン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、n−オレイルアミン、等を挙げることができる。さらにジアミンとしては、例えば、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン、N,N−ジメチル−1,6−ヘキサンジアミン、N,N−ジブチルアミノプロパン、N,N−ジイソブチル1,3−ジアミノプロパン、等が挙げられるが、この限りではない。また、複数の異なるアミンを同時に用いてもよい。
リン酸エステルとしては、モノリン酸エステル、ジリン酸エステル、トリリン酸エステル、リン酸エステル塩等を含む。中でも、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸塩は、水や有機溶剤に対する溶解性に特に優れ、銀ナノ粒子の分散性が向上しやすく好ましい。
親水性の指標としては、界面活性剤の水と油(水に不溶性の有機化合物)への親和性の程度を表す値であるHLB(Hydrophilic−Lipophilic Balance)値がある。HLB値は、最大値である20に近いほど親水性であることを表す。具体的なリン酸エステルとしては、フォスファノールRB−40、RD−510Y、RD720N、RL−210、RS−410(東邦化学工業)、NIKKOL DDP−2、DDP−4、DDP−6、DDP−8、DDP−10、TLP−4、TDP−2、TDP−8(日光ケミカルズ)、プライサーフ A212C、A215C、A208F、M208F、A208A、A208B、A210B、A219B、AL、(第一工業製薬)等を挙げることができるがこの限りではない。
塗液の組成物として用いる以外にも、銀ナノ粒子回収時に、分散剤を添加した分散液を遠心分離等で処理することで、粒子が凝集しにくく、再分散しやすい粒子が得られる。
また、本実施形態に係るインクは、分散剤以外にも、例えば、色素、消泡剤、レベリング剤、硬化剤、等の添加剤を有してもよい。
塗液における上記成分の配合割合は特に限定するものではないが、インクジェット法のようにノズルでの塗液の乾燥を防止する必要がある場合は、例えば、グリセリン、プロピレングリコール、1−ブタノール、シクロヘキサノンのような沸点110℃以上の有機溶剤1種以上を、合計でインクジェット塗布用塗液中に1重量%以上含有していることがより好ましい。塗液中における上記成分の含有量が1重量%より少ないと、塗液の乾燥が起こりやすくなり、ノズルの目詰まりの原因となることがある。上記成分の含有量に上限はないが、多すぎると塗液の乾燥に必要な時間が延びることがある。
なお、銀の折り紙は正反射率が38%程度であり、金属の銀は正反射率が90%以上である場合が多い。
本実施形態では、塗液の塗工面の正反射率は、10%以上が好ましい。より好ましくは50%以上であり、正反射率が90%以上であれば、銀本来の高い金属調意匠性が得られる。
本実施形態に係る塗液は、塗工方式を問わない。例えば、グラビア方式やインクジェット方式、スクリーン方式等の他、バーコートやスピンコートといった手法でも塗工が可能である。パターニングや画像の印刷を行ってもよい。
また、被塗工物は、保護のためにトップコートを有していてもよい。
基材に関しては特に制限はないが、基材を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、ガラス、紙、等を挙げることができる。塗液の密着性向上、又はその他の目的のために、基材表面が親水化処理等の表面処理を施したものを用いてもよい。基材は、複数の積層体から構成されていてもよい。
〔シュウ酸銀の合成〕
シュウ酸二水和物(関東化学社)9.92gに蒸留水60mLを加え加温しながら溶解させ、110℃のオイルバス中で攪拌しながら、硝酸銀(関東化学社)26.7gに20mLの蒸留水を加え加温しながら溶解させたものを加え、1時間加熱攪拌を続けた。析出したシュウ酸銀を自然ろ過で回収し、さらに熱水200mL、メタノール(関東化学社)50mLでろ過洗浄した後、遮光デシケーター内で減圧しながら室温乾燥した。こうして得たシュウ酸銀の収量は、21.6g(収率90.4%)であった。
アミンとしてN,N−ジエチル−1,3−ジアミノプロパン(東京化成社)3.26gにオレイン酸0.13gを加えたところに、上述の工程で得たシュウ酸銀1.90gを加え、110℃のオイルバスで加熱攪拌した。1分以内で二酸化炭素の発泡が起こり、数分後に褐色の懸濁液に変化した。5分間加熱後、冷却したところにメタノール30mLを加え、遠心分離により得られた沈殿物を自然乾燥すると、青色固形物である銀ナノ粒子1.48g(銀基準収率97.0%)を得た。
より詳しくは、図1は、実施例1で得た銀ナノ粒子のトルエン溶媒分散液を、基板(銅メッシュ・マイクログリッド)に垂らし乾燥させた後に観察した銀ナノ粒子の走査型電子顕微鏡像である。
上述の工程で得た銀ナノ粒子0.20gと、分散剤としてプライサーフA208F 0.04g(第一製薬社)を、分散媒であるトルエン(関東化学社)2.0gに添加し、攪拌して塗液とした。この場合、分散媒2.0gに対して銀ナノ粒子0.20gのため、銀ナノ粒子の重量%は10%となる。以下同様に計算する。
なお前記プライサーフA208Fは、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルを主成分とする。
実施例1で分散媒をシクロヘキサノン(関東化学社)2.0gとした以外は同様にして、実施例2の塗液を調製した。
実施例1で分散媒を1−ブタノール(関東化学社)2.0gとした以外は同様にして、実施例3の塗液を調製した。
実施例1〜3で分散剤を添加しない以外は同様にして塗液を調製し、それぞれを比較例1〜3の塗液とした。
銀ナノ粒子の合成として、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン(東京化成社)1.28gに水4.0g、ゼラチン(純正化学社)を加えたところに、実施例1で得たシュウ酸銀0.48gを加え、100℃のオイルバスで加熱攪拌した。3時間後に褐色の懸濁液に変化したところで冷却し、40mLの水を加え、遠心分離にて褐色の沈殿として銀ナノ粒子0.33gを得た。
上記の工程で得た銀ナノ粒子0.20gと、分散剤としてプライサーフAL 0.04g(第一製薬社)を、分散媒である純水2.0gに添加して攪拌し、実施例4の塗液を調製した。
なお前記プライサーフALは、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテルリン酸エステルを主成分とする。
実施例4で分散剤をNIKKOL DDP−8 0.04g(日光ケミカルズ社)とした以外は同様にして、実施例5の塗液を調製した。
なお前記NIKKOL DDP−8は、ポリオキシエチレンアルキル(12〜15)エーテルリン酸(8E.O.)を主成分とする。
実施例5で分散媒を1−ブタノール 2.0gとした以外は同様にして、実施例6の塗液を調製した。
実施例4で分散剤をNIKKOL DDP−10 0.04g(日光ケミカルズ社)とした以外は同様にして、実施例7の塗液を調製した。
なお前記NIKKOL DDP−10は、ポリオキシエチレンアルキル(12〜15)エーテルリン酸(10E.O.)を主成分とする。
実施例4〜7で、分散剤を添加しない以外は同様にして分散液を調製し、それぞれを比較例4〜7の塗液とした。
実施例5で調製した塗液を用い、75μmPETフィルム(ルミラーT60、東レ社製)に#3バーコーターで塗工を行ったところ、塗工面に、はじきがみられた。これは、表面が撥水性でPETフィルムに対して水を分散媒とした塗液を用いて塗工したためである。
なおこのような撥水性基材に対しては、表面に親水化処理を施すことにより良好な塗工が可能となる。
実施例6で調製した塗液を用い、実施例8と同様にPETフィルムに塗工を行ったところ、はじきのない塗工面が得られた。これは、有機溶剤を分散媒とした塗液を用いて塗工したためである。
実施例9で得られた塗工面に対し、日立U4100分光光度計を用い、入射角が25°で波長400〜800nmの光の正反射率(鏡面反射率)を測定した。測定を行った結果、正反射率は40%であり、金属光沢を示すことが確認できた。
実施例1で調製した分散液をシリンジフィルター(Whatman社、25mmGD/Xシリンジフィルター(GF/B 1.0μm))に通し、インクジェット塗布用の塗液を調製した。
上記の工程で調製したインクジェット塗布用の塗液を用いて、パターン塗布した。ノズル数6のドロップオンデマンド型インクジェットヘッドを用い、1ドロップ10pLのドロップ量にてテストパターンを塗布した。テストパターンには、5cm×5cmの正方形を塗りつぶした画像を用いた。基材として写真用紙<光沢>(L判、EPSON社)を用いたところ、塗布画像は金属光沢を示した。
Claims (7)
- アミン化合物を主として含む保護分子により表面が保護された銀ナノ粒子と、分散媒と、リン酸エステルを主として含む分散剤と、を有することを特徴とするメタリック塗液。
- 前記銀ナノ粒子のメジアン径(D50)が、1nm以上300nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のメタリック塗液。
- 前記銀ナノ粒子の添加量は、分散媒に対して1重量%以上50重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメタリック塗液。
- 前記分散剤の添加量は、0.1重量%以上5重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のメタリック塗液。
- 前記分散剤に含まれるリン酸エステルは、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸塩のいずれかであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のメタリック塗液。
- 前記メタリック塗液は、塗工面の正反射率が10%以上であり、金属光沢を示すことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のメタリック塗液。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のメタリック塗液を用いて塗工されてなる被塗工物。
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