JP2023077050A - 重合体粒子、導電性粒子及び異方性導電材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】メッキ及びその前処理の際に導電粒子用基材粒子が凝集せず、結果、初期抵抗値が低く、かつ接続信頼性が高い導電粒子を作製するための、粒子径の小さな導電粒子用基材粒子およびその利用技術を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は特定の化学式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を有するポリマーを含むことを特徴とする導電粒子用基材粒子であり、式(1)に由来する構造が特定割合であることが好ましい。本発明は、シード粒子を調製する工程と、シード粒子に化学式(1)で表されるモノマーと重合開始剤を吸収させる工程と、モノマーを重合させる工程とを含む導電粒子用基材粒子の製造方法を含み、さらに、導電粒子用基材粒子表面に導電性金属層が形成された導電粒子、上記導電粒子を含む異方性導電材料を含む。【選択図】なし
Description
本発明は、導電粒子用基材粒子およびその利用に関する。
従来、電子機器の組み立てにおいて、対向する多数の電極や配線間の電気的接続を行うために、異方性導電材料による接続方式が採用されている。異方性導電材料は、導電粒子をバインダー樹脂等に混合した材料である。また、異方性導電材料に用いられる導電粒子としては、金属粒子や基材とする導電粒子用基材粒子の表面を導電性金属層で被覆したものが使用されている。
導電粒子としては、粒子径の均一な無機微粒子や有機樹脂微粒子を導電粒子用基材粒子とし、この導電粒子用基材粒子の表面を無電解メッキ法によりニッケル等の金属で被覆した導電粒子が存在している(例えば、特許文献1、2)。これらの導電粒子は、導電粒子用基材粒子からメッキ層が剥離したり、メッキ割れが生じることがあり、基板や電極端子に導電粒子を圧着した際に、導電性が低下するという問題があった。
また導電粒子用基材粒子の粒子径が小さい場合、導電粒子用基材粒子に導電性金属層をメッキする際やその前処理の際に、導電粒子用基材粒子が凝集し、均一に導電性金属層が形成されない問題がある。
一般的に、無電解メッキ法では、基材粒子とメッキ層との密着性を向上させるため、無電解メッキに先立って、基材粒子の脱脂処理、基材粒子表面に微小な凹凸を形成するエッチング処理、基材粒子表面に触媒を担持させる触媒化処理等の前処理工程を行っている。
特に樹脂のエッチング処理では、現在はアルカリ性過マンガン酸処理液が多く使用されているため、樹脂粒子のアルカリ性水溶液への分散が均一な導電性金属層の形成にとって重要となる。しかしこれまで検討されてきた単なる親水性化処理では、アルカリ性溶液への分散性改善にはまだ課題があった。
一般的に、無電解メッキ法では、基材粒子とメッキ層との密着性を向上させるため、無電解メッキに先立って、基材粒子の脱脂処理、基材粒子表面に微小な凹凸を形成するエッチング処理、基材粒子表面に触媒を担持させる触媒化処理等の前処理工程を行っている。
特に樹脂のエッチング処理では、現在はアルカリ性過マンガン酸処理液が多く使用されているため、樹脂粒子のアルカリ性水溶液への分散が均一な導電性金属層の形成にとって重要となる。しかしこれまで検討されてきた単なる親水性化処理では、アルカリ性溶液への分散性改善にはまだ課題があった。
本発明の一態様は、メッキ及びその前処理の際に導電粒子用基材粒子が凝集せず、結果、初期抵抗値が低く、かつ接続信頼性が高い導電粒子を作製するための、粒子径の小さな導電粒子用基材粒子およびその利用技術を提供することを目的とする。
本発明者は、前記の課題を解決するために鋭意検討した結果、式(1)で表されるモノマー単位に由来する構造を有するポリマーを含有する導電粒子用基材粒子が、他の粒子と比較して、水、及びアルカリ水溶液に対する分散性に特に優れることから、メッキ及びその前処理の際に粒子の凝集を防止でき、その結果、初期抵抗値が低く、かつ接続信頼性が高い導電粒子を得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下構成を包含する。
[1]式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を有するポリマーを含有することを特徴とする、導電粒子用基材粒子。
[1]式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を有するポリマーを含有することを特徴とする、導電粒子用基材粒子。
R1は水素または炭素数が1~8の有機基であり、
R2、R3は同一または異なって水素原子、メチル基またはエチル基であり、
Xは、メチレン基、水素原子がメチル基またはハロゲンで置換されたメチレン基である。
[2]前記ポリマー100質量部に対して、式(1)で表されるモノマー単位由来の構造が1~25質量部であることを特徴とする、[1]に記載の導電粒子用基材粒子。
[3]前記ポリマーが前記導電粒子用基材粒子100質量部に対して90質量部以上であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の導電粒子用基材粒子。
[4]アルカリ分散性が10%以下であることを特徴とする、[1]~[3]いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
[5]Si原子を含む粒子である、[1]~[4]いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
[6]Siの含有量が、前記ポリマー100質量部に対して1~25質量部である、請求項1~5いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
[7]個数平均粒子径が1.0~7.0μmであることを特徴とする、[1]~[6]いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
[8]シード粒子を調製する工程と、シード粒子に式(1)で表されるモノマーと重合開始剤を吸収させる工程と、モノマーを重合させる工程とを含む、導電粒子用基材粒子の製造方法。
[9]前記シード粒子が、有機シラン化合物を縮合してなるシード粒子である、[8]に記載の導電粒子用基材粒子の製造方法。
[10][1]~[7]のいずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子の表面に、少なくとも一層の導電性金属層が形成されている、導電粒子。
[11][10]に記載の導電粒子を含む、異方性導電材料。
[12][10]に記載の導電粒子と、バインダー樹脂とを含む、異方性導電ペースト。
本発明の一態様によれば、メッキやその前処理の際に導電粒子用基材粒子の凝集を防止でき、その結果、初期抵抗値が低く、かつ接続信頼性が高い導電粒子を提供することができる。
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は「A以上B以下」を意図する。
〔1.導電粒子用基材粒子〕
本発明の一実施形態に係る導電粒子用基材粒子(以下、単に「導電粒子用基材粒子」「基材粒子」とも称する。)は、式(1)で表されるモノマー単位由来の構造単位を有するポリマーを含有すること(式(1)モノマー成分由来の構造をポリマーの構造に含むこと)を特徴とする。
本発明の一実施形態に係る導電粒子用基材粒子(以下、単に「導電粒子用基材粒子」「基材粒子」とも称する。)は、式(1)で表されるモノマー単位由来の構造単位を有するポリマーを含有すること(式(1)モノマー成分由来の構造をポリマーの構造に含むこと)を特徴とする。
R1は水素または炭素数が1~8の有機基であり、
R2、R3は同一または異なって水素原子、メチル基またはエチル基であり、
Xは、メチレン基、水素原子がメチル基またはハロゲンで置換されたメチレン基である。
式(1)において、R1が炭素数1~8の有機基であり、該有機基は炭化水素基で構成されていることが好ましく、該炭化水素基はエーテル基を有していてもよく、該炭化水素基の水素原子は置換されていてもよい。前記有機基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、また環状構造を含んでいてもよい。前記炭化水素基としては、例えば鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。これらのうち、炭素数1~8の鎖状飽和炭化水素基、炭素数2~8の鎖状不飽和炭化水素基、炭素数3~8の脂環式炭化水素基および炭素数6~8の芳香族炭化水素基が好ましい。前記炭化水素基の水素原子を置換する置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、シアノ基、トリメチルシリル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
前記鎖状飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-アミル基、sec-アミル基、tert-アミル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、sec-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、2-エチルヘキシル基などが挙げられ、特にメチル基、エチル基を選択することが好ましい。なお、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
前記鎖状不飽和炭化水素基としては、例えば、1-プロペニル基、2-プロペニル基、1-メチル-1-プロペニル基、1-メチル-2-プロペニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-ブテニル基、クロチル基、1,1-ジメチル-2-プロペニル基、2-メチル-ブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-3-ブテニル基、2-メチル-3-ブテニル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
前記脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、4-メチルシクロヘキシル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
前記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ベンジル基、スチリル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
エーテル結合を有する炭化水素基としては、例えば、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシエトシキエトキシエチル基、3-メトキシブチル基、エトキシエトキシエチル基などの鎖状エーテル基;シクロペントキシエチル基、シクロヘキシルオキシエチル基などの脂環式炭化水素基と鎖状エーテル基を併せ持つ基;フェノキシエチル基などの芳香族炭化水素基と鎖状エーテル基を併せ持つ基;グリシジル基、β-メチルグリシジル基、β-エチルグリシジル基、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル基、2-オキセタンメチル基、3-メチル-3-オキセタンメチル基、3-エチル-3-オキセタンメチル基、テトラヒドロフルフリル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、ジオキサゾラニル基、ジオキサニル基などの環状エーテル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
R1は、特に炭素数1~6の鎖状飽和炭化水素基が好ましく、炭素数が1~4の鎖状飽和炭化水素基であることがより好ましく、炭素数が1~3の鎖状飽和炭化水素基であることが更に好ましく、炭素数が1または2鎖状飽和炭化水素基であることが親水性疎水性のバランスの観点から最も好ましい。
式(1)において、Xはメチレン基又は水素原子がメチル基で置換されたメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることがより好ましい。
R2とR3は水素原子であることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る導電粒子用基材粒子に含まれるポリマーは、ポリマー100質量部に対して、前記式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を1~25質量部含んでいるものが好ましい。
本発明の一実施形態に係る導電粒子用基材粒子に含まれるポリマーは、ポリマー100質量部に対して、前記式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を1~25質量部含んでいるものが好ましい。
前記式(1)で表されるモノマー単位由来の構造が1質量部未満である場合、水及びアルカリ水溶液に対する分散性が不十分となり、基材粒子のメッキ性が不十分となることから優れた初期抵抗値および接続信頼性を達成困難になる。一方、前記式(1)で表されるモノマー単位由来の構造が25質量部を超える場合、導電粒子を作製するためのメッキ処理において、式(1)に由来する構造が過剰に存在することに起因した凝集が発生することでアルカリ分散性が不十分となることから、均一なメッキ処理ができない恐れがある。
このことから、前記導電粒子用基材粒子に含まれるポリマーは、前記式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を1~25質量部含むことが好ましく、5~24質量部含むことがより好ましく、7~23質量部含むことが特に好ましく、10~20質量部含むことが最も好ましい。
本発明の一実施形態において、導電粒子用基材粒子に含まれるポリマーは、式(1)で表されるモノマー単位に由来する構造単位を有していればよく、また、式(1)で表されるモノマー単位以外のビニル系単量体に由来する構造単位を有していてもよい。また、導電粒子用基材粒子に含まれるポリマーは、ビニル系単量体に由来する構造単位のみを有しているポリマーに限られず、後述するSi原子を含む構造単位を更に含むポリマーでもよい。
式(1)で表されるモノマー単位以外のビニル系単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;シクロプロピル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、シクロウンデシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、4-t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル(メタ)アクリレート類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレート等の芳香環含有(メタ)アクリレート類;スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン等のアルキルスチレン類、o-クロロスチレン、m-クロロスチレン、p-クロロスチレン等のハロゲン基含有スチレン類等のスチレン系単官能モノマー;等のビニル系単官能単量体が挙げられる。
また、式(1)で表されるモノマー単位以外のビニル系単量体として、例えば、アリル(メタ)アクリレート等のアリル(メタ)アクリレート類;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレンジ(メタ)アクリレート等のアルカンジオールジ(メタ)アクリレート;ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、デカエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタデカエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタコンタヘクタエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート類;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等のトリ(メタ)アクリレート類;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート類;ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等のヘキサ(メタ)アクリレート類;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、及びこれらの誘導体等の芳香族炭化水素系架橋剤(好ましくは、ジビニルベンゼン等のスチレン系多官能モノマー);N,N-ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルサルファイド、ジビニルスルホン酸等のヘテロ原子含有架橋剤;等のビニル系多官能単量体も挙げられる。「ビニル系多官能単量体」とは、1分子中に2個以上のビニル基を有する単量体を意図する。
また、式(1)で表されるモノマー以外のビニル系多官能単量体としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートに由来する構造単位を有していることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る導電粒子用基材粒子は、Si原子を含む粒子であってもよい。Si原子を含むことによって、無機質を含む粒子の特徴である高い硬度を実現することができる。
本明細において「Si原子を含む粒子」とは、ポリシロキサン構造および有機質成分の単量体に由来する構造、両方の構造を有するポリマーを含有する粒子を意味する。前記ポリシロキサン構造は例えば、シラン化合物を加水分解・縮合することで得ることができる。シラン化合物としては、好ましくはビニル基、又は(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物が挙げられる。また、有機質成分の単量体としては、好ましくは上述したビニル系単量体が挙げられる。
また、前記ビニル基を有するシラン化合物としては、特に限定はされないが、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。
また、前記(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物としては、特に限定はされないが、例えば、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリアセトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシエトキシプロピルトリメトキシシラン(または、γ-トリメトキシシリルプロピル-β-(メタ)アクリロキシエチルエーテルともいう)、γ-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
前記シラン化合物は複数種を併用してもよい。その他シラン化合物としては、特に限定はされないが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラアセトキシシラン等の4官能性シラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3,4-エポキシブチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等の3官能基シラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジアセトキシジメチルシラン、ジフェニルジシランジオール等の2官能性シラン等を挙げることができる。
これらシラン化合物から誘導される導電粒子用基材粒子中のSi原子の含有量は、前記ポリマー100質量部に対して、1~25質量部であることが好ましい。
前記ポリマー中のSi原子の割合が前記範囲であると、効果的な、硬度と機械的復元性とを有する粒子となる。前記ポリマー100質量部に対して1質量部を下回ると無機質の特徴である硬度が発現しない。25質量部を上回ると有機ポリマー構造の有する機械的復元性が損なわれたり粒子が割れたりする恐れがある。より効果的な、硬度と機械的復元性を有するためには、前記ポリマー100質量部中のSi原子の割合は、好ましくは1~25質量部、より好ましくは3~23質量部であり、特に好ましくは5~20質量部であり、最も好ましくは8~18質量部である。
前記ポリマー中のSi原子の割合は、本発明に係る導電粒子用基材粒子を酸化性雰囲気中で焼成した前後の質量を測定することにより求めることができる。
<導電粒子用基材粒子中のSi含有率の測定>
導電粒子用基材粒子を空気などの酸化性雰囲気中、950℃で焼成したときの灰分質量(これをSiO2量とする)からSiに相当する質量を算出し、該Si量を焼成処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことでSi含有率を算出する。なお、灰分質量からSi量に相当する質量を算出するため、灰分質量に0.4672(Si原子量/SiO2式量)を乗じる。
導電粒子用基材粒子を空気などの酸化性雰囲気中、950℃で焼成したときの灰分質量(これをSiO2量とする)からSiに相当する質量を算出し、該Si量を焼成処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことでSi含有率を算出する。なお、灰分質量からSi量に相当する質量を算出するため、灰分質量に0.4672(Si原子量/SiO2式量)を乗じる。
本発明に係る導電粒子用基材粒子は、100質量部に対して、式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を含むポリマーを90質量部以上含んでいることが好ましい。式(1)で表されるモノマー単位由来の構造を含むポリマーを多く含有することにより、接続信頼性に優れる導電粒子用基材粒子が得られる点で好ましい。ポリマーの含有量はより好ましくは95質量部以上であり、更に好ましくは98質量部以上であり、99質量部以上が特に好ましい。
本発明に係る導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合は、前記導電粒子用基材粒子を不活性雰囲気下で熱処理した前後の質量を測定することにより求めることができる。
<導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合の測定>
導電粒子用基材粒子を窒素などの不活性雰囲気中、105℃で60分処理した後の残存質量を、熱処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことで、導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合とする。
導電粒子用基材粒子を窒素などの不活性雰囲気中、105℃で60分処理した後の残存質量を、熱処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことで、導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合とする。
本発明の一実施形態において、導電粒子用基材粒子の平均粒子径は、個数平均粒子径で、1.0~7.0μmであることが好ましい。メッキの際に凝集しにくいため、導電粒子用基材粒子の個数平均粒子径は、1.2~5.0μmであることが好ましく、特に1.5~3.0μmであることが好ましい。導電粒子用基材粒子の個数平均粒子径は、実施例に記載の方法で測定することができる。
加えて、本発明に係る導電粒子用基材粒子は、アルカリ溶液中における分散性に優れるものであるのが好ましい。このように、導電粒子用基材粒子が、アルカリ溶液中における分散性に優れる場合、後述するメッキ処理及びその前処理工程において導電粒子用基材粒子の凝集が生じ難く、メッキ性が良好となるからである。
例えば、導電粒子用基材粒子のアルカリ溶液中における分散性は、下記式により求められるα ( アルカリ溶液中における分散性) の値が10%以下であるのが好ましい。
α(%)=(|Da-Db|/Db)×100
ここで、Daは、アルカリ溶液中における導電粒子用基材粒子の平均分散粒径を表し、Dbは、分散剤を含むイオン交換水中における導電粒子用基材粒子の平均分散粒径を表す。上記Daは、0.1質量%水酸化ナトリウム水溶液20部(水:メタノールが質量比で1:1の混合溶液)に導電粒子用基材粒子1部を添加し、25℃で20分間攪拌した後、コールターマルチサイザーIII型(ベックマンコールター社製、測定範囲1~10μm、同時通過補正あり)を使用して測定した体積基準の平均粒子径である。
ここで、Daは、アルカリ溶液中における導電粒子用基材粒子の平均分散粒径を表し、Dbは、分散剤を含むイオン交換水中における導電粒子用基材粒子の平均分散粒径を表す。上記Daは、0.1質量%水酸化ナトリウム水溶液20部(水:メタノールが質量比で1:1の混合溶液)に導電粒子用基材粒子1部を添加し、25℃で20分間攪拌した後、コールターマルチサイザーIII型(ベックマンコールター社製、測定範囲1~10μm、同時通過補正あり)を使用して測定した体積基準の平均粒子径である。
一方、上記Dbは、1質量%ハイテノール(登録商標)N-08(第一工業製薬株式会社製)水溶液4000部に導電粒子用基材粒子1部を加え、10分間超音波処理して導電粒子用基材粒子を水溶液中に分散させた後、パワーハイスコープ(HiROX社製、KH-2700)で500倍に拡大し、凝集粒子がないことを確認した後、コールターマルチサイザーIII型(測定範囲1~10μm、同時通過補正あり)を使用して測定した体積基準の平均径をDb(平均一次粒子径)とした。すなわち、Dbは、導電粒子用基材粒子が1次粒子で分散した状態を近似している。
本発明における導電粒子用基材粒子のアルカリ分散性は、メッキ及びその前処理時に粒子の凝集を防ぐ点から、αの値が好ましくは10%以下であり、より好ましくは8%以下、更に好ましくは5%以下、特に好ましくは3%以下である。下限については特に規定されないが、0.1%以上であってもよい。
加えて、本発明に係る導電粒子用基材粒子は、水溶液中での分散性も優れるものであることが好ましい。水への分散性評価は、以下の手順で評価することができる。
<水への分散性の評価>
サンプル管に導電粒子用基材粒子0.1部、1%乳化水を4部およびメタノール1.2部を加え、15分間スターラーで撹拌した。撹拌後、導電粒子用基材粒子の分散状態を、倍率2500倍のマイクロスコープにて視野範囲122.5μm四方で最低100視野観察し、目視で凝集の有無を確認する。
サンプル管に導電粒子用基材粒子0.1部、1%乳化水を4部およびメタノール1.2部を加え、15分間スターラーで撹拌した。撹拌後、導電粒子用基材粒子の分散状態を、倍率2500倍のマイクロスコープにて視野範囲122.5μm四方で最低100視野観察し、目視で凝集の有無を確認する。
〔2.導電粒子〕
本発明の一実施形態に係る導電粒子(以下、単に「導電粒子」とも称する。)は、導電粒子用基材粒子の表面に、少なくとも一層の導電性金属層が形成されている。
本発明の一実施形態に係る導電粒子(以下、単に「導電粒子」とも称する。)は、導電粒子用基材粒子の表面に、少なくとも一層の導電性金属層が形成されている。
導電性金属層を構成する金属としては特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、白金、鉄、鉛、アルミニウム、クロム、パラジウム、ニッケル、ロジウム、ルテニウム、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、スズ、コバルト、インジウムおよびニッケル-リン、ニッケル-ホウ素等の金属や金属化合物、および、これらの合金等が挙げられる。これらの中でも、金、ニッケル、パラジウム、銀、銅、錫が導電性に優れた導電性微粒子となることから好ましい。また、安価な点で、ニッケル、ニッケル合金(Ni-Au、Ni-Pd、Ni-Pd-Au、Ni-Ag);銅、銅合金(CuとFe、Co、Ni、Zn、Sn、In、Ga、Tl、Zr、W、Mo、Rh、Ru、Ir、Ag、Au、Bi、Al、Mn、Mg,P、Bからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素との合金、好ましくはAg、Ni、Sn、Znとの合金);銀、銀合金(AgとFe、Co、Ni、Zn、Sn、In、Ga、Tl、Zr、W、Mo、Rh、Ru、Ir、Au、Bi、Al、Mn、Mg、P、Bからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素との合金、好ましくはAg-Ni、Ag-Sn、Ag-Zn);錫、錫合金(たとえばSn-Ag、Sn-Cu、Sn-Cu-Ag、Sn-Zn、Sn-Sb、Sn-Bi-Ag、Sn-Bi-In、Sn-Au、Sn-Pb等)等が好ましい。
また、導電性金属層は、単層でもよいし複層であってもよい。複層の場合には、例えば、ニッケル(ニッケル合金)-金、ニッケル(ニッケル合金)-パラジウム、ニッケル(ニッケル合金)-パラジウム-金、ニッケル(ニッケル合金)-銀等の組合せが好ましく挙げられる。
前記導電性金属層の厚さは、0.01μm以上が好ましく、より好ましくは0.03μm以上、さらに好ましくは0.05μm以上であり、0.20μm以下が好ましく、より好ましくは0.18μm以下、さらに好ましくは0.15μm以下、一層好ましくは、0.12μm以下、特に好ましくは0.08μm以下である。基材とする導電粒子用基材粒子が微細な粒子径である導電粒子においては、導電性金属層の厚さが上記範囲内であれば、導電粒子を異方性導電材料として用いる際に、安定した電気的接続が維持できる。
導電性金属層の形成方法は特に限定されず、例えば、基材表面に無電解メッキ法、電解メッキ法等によってメッキを施す方法;基材表面に真空蒸着、イオンプレーティング、イオンスパッタリング等の物理的蒸着方法により導電性金属層を形成する方法;等が挙げられる。これらの中でも特に無電解メッキ法が、大掛かりな装置を必要とせず容易に導電性金属層を形成できる点で好ましい。
通常、無電解メッキ法は、(1)親水化工程(エッチング)、(2)触媒化工程、(3)無電解メッキ工程、の3工程からなる。
上記親水化工程(エッチング)は、基材粒子の表面に微小な凹凸を形成して、金属メッキ層の密着を良くするために行われる。上記親水化工程(エッチング)は、例えば、クロム酸、硫酸-クロム酸混液、過マンガン酸溶液等の酸化剤;塩酸、硫酸等の強酸;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強アルカリ溶液;などを用いて、基材粒子の表面に微小な凹凸を形成する。
上記触媒化工程は、基材粒子の表面に無電解メッキ工程の起点となり得る触媒層を形成するために行われる。触媒層を形成する方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。
例えば、無電解メッキ用として市販されている触媒化試薬などを用いて行うことができる。このような市販されている触媒化試薬としては、例えば、ピンクシューマー(日本カニゼン株式会社製)、レッドシューマー(日本カニゼン株式会社製)などが挙げられる。
触媒層を形成する方法としては、具体的には、例えば、塩化パラジウムと塩化スズとからなる溶液に基材粒子を浸漬した後、硫酸、塩酸等の強酸や水酸化ナトリウム等の強アルカリ溶液で活性化してパラジウムを基材粒子表面に析出させる方法;硫酸パラジウム溶液に基材粒子を浸漬した後、ジメチルアミンボラン等の還元剤を含む溶液で活性化してパラジウムを基材粒子表面に析出させる方法;などが挙げられる。
上記無電解メッキ工程においては、好ましくは、基材粒子を水性媒体に十分に分散させ、水性スラリーを調製する。ここで、基材粒子は水性媒体に十分に分散させておくことが好ましい。基材粒子が凝集した状態で金属メッキ層が形成すると、未処理面が露出するおそれがある。基材粒子の分散は、任意の適切な分散方法を採用し得る。例えば、通常撹拌、高速撹拌、コロイドミルやホモジナイザーのようなせん断分散装置を用いた分散、などが挙げられる。分散の際に、超音波照射を併用しても良い。また、分散の際に、界面活性剤などの分散剤を用いても良い。次いで、金属塩、還元剤、錯化剤などを含んだ無電解メッキ浴に、上記分散処理した基材粒子スラリーを添加し、無電解メッキを行う。
上記金属塩としては、例えば、ニッケル塩を用いる場合、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル等が挙げられる。
上記還元剤としては、次亜燐酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、ヒドラジンなどが挙げられる。
上記錯化剤としては、例えば、クエン酸、ヒドロキシ酢酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、グルコン酸、またはそれらのアルカリ金属塩やアンモニウム塩などのカルボン酸塩、グリシンなどのアミノ酸、エチレンジアミン、アルキルアミンなどのアミン酸、アンモニウム化合物、EDTA、ピロリン酸(塩)などが挙げられる。上記錯化剤は、1種のみを用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
上記無電解メッキ法におけるメッキ浴のpHは、好ましくは4~14である。
無電解メッキ法においては、基材粒子のスラリーを添加すると、速やかに反応が始まり、水素ガスの発生を伴う。無電解メッキ法における、無電解メッキ工程の終了は、その水素ガスの発生が完全に認められなくなった時点をもって終了とする。
〔3.異方性導電材料〕
本発明の一実施形態に係る異方性導電材料(以下、単に「異方性導電材料」とも称する。)は、上述した導電粒子を含むものであればよい。
本発明の一実施形態に係る異方性導電材料(以下、単に「異方性導電材料」とも称する。)は、上述した導電粒子を含むものであればよい。
異方性導電材料の形態は特に限定されず、例えば、異方性導電フィルム、異方性導電ペースト、異方性導電接着剤、異方性導電インクなど様々な形態が挙げられる。これらの異方性導電材料を相対向する基材同士や電極端子に設けることにより、良好な電気的接続が可能になる。なお、本発明の導電粒子を用いた異方性導電材料には、液晶表示素子用導通材料(導通スペーサーおよびその組成物)も含まれる。
異方性導電材料において、導電粒子の含有量は、用途に応じて適宜決定すればよいが、例えば、異方性導電材料の全量に対して1体積%以上が好ましく、より好ましくは2体積%以上、さらに好ましくは5体積%以上であり、50体積%以下が好ましく、より好ましくは30体積%以下、さらに好ましくは20体積%以下である。導電粒子の含有量が少なすぎると、充分な電気的導通が得られ難い場合があり、一方、導電粒子の含有量が多すぎると、導電粒子同士が接触してしまい、異方性導電材料としての機能が発揮され難い場合がある。
また、本発明の一実施形態における異方性導電ペースト(以下、単に「異方性導電ペースト」とも称する。)は、上述した導電粒子と、バインダー樹脂とを含むものである。前記異方性導電ペーストは、前記導電粒子がバインダー樹脂に分散してなる。
前記バインダー樹脂としては、絶縁性の樹脂であれば特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂、スチレン-ブタジエンブロック共重合体等の熱可塑性樹脂;グリシジル基を有するモノマーやオリゴマーおよびイソシアネートなどの硬化剤との反応により硬化する硬化性樹脂組成物;光や熱により硬化する硬化性樹脂組成物;等が挙げられる。
前記異方性導電材料におけるフィルム膜厚、ペーストや接着剤の塗工膜厚、印刷膜厚等については、使用する導電性微粒子の粒子径と、接続すべき電極の仕様とを考慮し、接続すべき電極間に導電粒子が狭持され、且つ接続すべき電極が形成された接合基板同士の空隙がバインダー樹脂層により充分に満たされるように、適宜設定することが好ましい。
〔4.導電粒子用基材粒子の製造方法〕
前記導電粒子用基材粒子の製造方法としては、特に制限はなく、乳化重合、懸濁重合、分散重合、シード重合、ゾルゲルシード重合法等が挙げられるが、前記導電粒子用基材粒子の粒子径を所望の範囲にするには、例えば、シード重合法により導電粒子用基材粒子を合成した後、分級する方法等が好ましく採用される。導電粒子用基材粒子の合成にシード重合法を採用することにより、粒度分布の小さい導電粒子用基材粒子が得られる。さらに、合成後の導電粒子用基材粒子を分級し粗粒子を除去することにより、平均粒子径を所望の範囲に調整することができる。
前記導電粒子用基材粒子の製造方法としては、特に制限はなく、乳化重合、懸濁重合、分散重合、シード重合、ゾルゲルシード重合法等が挙げられるが、前記導電粒子用基材粒子の粒子径を所望の範囲にするには、例えば、シード重合法により導電粒子用基材粒子を合成した後、分級する方法等が好ましく採用される。導電粒子用基材粒子の合成にシード重合法を採用することにより、粒度分布の小さい導電粒子用基材粒子が得られる。さらに、合成後の導電粒子用基材粒子を分級し粗粒子を除去することにより、平均粒子径を所望の範囲に調整することができる。
前記シード重合法は、シード粒子調製工程、吸収工程および重合工程を含む。なお、例えば、ビニル系重合体のみから構成される粒子を合成する場合には、式(1)で表されるモノマー単位等のビニル系単量体からシード粒子を調製すればよく、ビニル系単量体とポリシロキサン構造を有する材料とから構成される粒子を合成する場合には、前記シラン化合物からシード粒子(すなわち、ポリシロキサン粒子)を調製すればよい。
シラン化合物からシード粒子(すなわち、ポリシロキサン粒子)を調製する方法としては、水を含む溶媒中で加水分解して縮重合させる方法が挙げられる。また、ポリシロキサン構造とビニル重合体とを複合化させる場合には、シラン化合物として、ラジカル重合性基を有するシラン系架橋性モノマーを使用し、重合性ポリシロキサン粒子(すなわち、ラジカル重合性基を有するポリシロキサン構造を有する粒子)を調製すればよい。加水分解と縮重合は、一括、分割、連続等、任意の方法を採用できる。加水分解し、縮重合させるにあたっては、触媒としてアンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等の塩基性触媒を好ましく用いることができる。
前記水を含む溶媒中には、水や触媒以外に有機溶剤を含めることができる。有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類;イソオクタン、シクロへキサン等の(シクロ)パラフィン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類等を挙げることができる。これらは単独で用いても2種以上を併用してもよい。
加水分解縮合ではまた、アニオン性、カチオン性、非イオン性の界面活性剤や、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の高分子分散剤を併用することもできる。これらは単独で用いても2種以上を併用してもよい。加水分解縮合は、原料となるシラン系モノマーと、触媒や水および有機溶剤を含む溶媒を混合した後、温度0℃以上100℃以下、好ましくは0℃以上70℃以下で、10分以上100時間以下撹拌することにより行うことができる。
前記吸収工程では、式(1)で表されるモノマー単位等のビニル系単量体をシード粒子に吸収させる。吸収させる方法は、シード粒子の存在下に、ビニル系単量体を存在させた状態で進行するものであれば特に限定されない。したがって、シード粒子を分散させた溶媒中にビニル系単量体を加えてもよいし、ビニル系単量体を含む溶媒中にシード粒子を加えてもよい。なかでも、前者のように、予めシード粒子を分散させた溶媒中に、ビニル系単量体を加えるのが好ましい。特に、加水分解、縮合工程で得られたシード粒子を反応液(シード粒子分散液)から取り出すことなく、この反応液にビニル系単量体を加える方法は、工程が複雑にならず、生産性に優れるため好ましい。
前記吸収工程において、ビニル系単量体の添加のタイミングは特に限定されず、一括で加えてもよいし、数回に分けて加えてもよいし、任意の速度でフィードしてもよい。また、ビニル系単量体を加えるにあたっては、ビニル系単量体のみを添加してもビニル系単量体の溶液を添加してもいずれでもよいが、ビニル系単量体を予め乳化剤で水または水性媒体に乳化分散させた乳化液をシード粒子に混合することが、シード粒子への吸収がより効率よく行われるため好ましい。
前記乳化剤は特に限定されないが、例えば、アニオン性界面活性剤や、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレン-オキシプロピレンブロックポリマー等のノニオン性界面活性剤が、シード粒子、ビニル系単量体を吸収した後のシード粒子の分散状態を安定化させることもできるので好ましい。これらの乳化剤は、1種のみを使用しても2種以上を併用してもよい。
また、ビニル系単量体を乳化剤で乳化分散させる際には、ビニル系単量体の質量に対して0.3倍以上10倍以下の水や水溶性有機溶剤を使用するのが好ましい。前記水溶性有機溶剤としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類等が挙げられる。
吸収工程は、0℃以上60℃以下の温度範囲で、5分間以上720分間以下、撹拌しながら行うのが好ましい。これらの条件は、用いるシード粒子やモノマーの種類等によって、適宜設定すればよく、これらの条件は1種のみ、あるいは2種以上を合わせて採用してもよい。吸収工程において、ビニル系単量体がシード粒子に吸収されたかどうかの判断については、例えば、ビニル系単量体を加える前および吸収段階終了後に、顕微鏡により粒子を観察し、ビニル系単量体の吸収により粒子径が大きくなっていることを確認することで容易に判断できる。
重合工程では、シード粒子に吸収されたビニル系単量体を重合反応させる。ここで、シード粒子が重合性ポリシロキサンである場合には、吸収させたビニル系単量体と重合性ポリシロキサン構造が有するラジカル重合性基とが重合して、ポリシロキサン構造とビニル重合体とが複合化する。重合方法は特に限定されないが、例えば、ラジカル重合開始剤を用いる方法が挙げられ、前記ラジカル重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、過酸化物系開始剤や、アゾ系開始剤等が使用可能である。これらラジカル重合開始剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。
ラジカル重合を行う際の反応温度は40℃以上が好ましく、より好ましくは50℃以上であり、100℃以下が好ましく、より好ましくは80℃以下である。反応温度が低すぎる場合には、重合度が十分に上がらず粒子の機械的特性が不充分となる傾向があり、一方、反応温度が高すぎる場合には、重合中に粒子間の凝集が起こりやすくなる傾向がある。
なお、ラジカル重合を行う際の反応時間は、用いる重合開始剤の種類に応じて適宜変更すればよいが、通常、5分以上が好ましく、より好ましくは10分以上であり、600分以下が好ましく、より好ましくは300分以下である。反応時間が短すぎる場合には、重合度が十分に上がらない場合があり、反応時間が長すぎる場合には、粒子間で凝集が起こり易くなる傾向がある。
上記のようにして合成した導電粒子用基材粒子は、必要に応じて、所定の粒子径となるように分級に供することが好ましい。分級方法は特に限定されず、例えば、電成ふるい等によるふるい分け;メンブランフィルター、プリーツフィルター、セラミック膜フィルター等のフィルターを使用した濾過;質量差および流体抵抗差の相互作用によって分級する公知の装置(粒子の落下速度等の重力差が原理である重力分級機、自由渦または半自由渦による遠心力と空気抗力の釣り合いを原理とする(半)自由渦遠心分級、回転する分級羽根(ローター)によってつくられる回転流によって生じる遠心力と空気による抗力の釣り合いを原理とする回転羽根付き遠心分級)を用いた分級;等が挙げられる。これらの中でも、分級精度と生産性の観点から電成ふるいを用いた分級が好ましい。
電成ふるいを用いて分級する場合、導電粒子用基材粒子を液状媒体に分散させた分散体を電成ふるいに通過させることが好ましい。前記液状媒体としては、例えば、水;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;ヘキサン、オクタン等の炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;等が挙げられる。
これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルコール類、炭化水素類が好ましく、メタノール、ヘキサンがより好ましい。なお、導電粒子用基材粒子の分散性を高めるために、液状媒体に各種分散剤を添加してもよい。
前記液状媒体の使用量は、導電粒子用基材粒子100質量部に対して、100質量部以上が好ましく、より好ましくは200質量部以上、さらに好ましくは500質量部以上であり、10000質量部以下が好ましく、より好ましくは5000質量部以下、さらに好ましくは2000質量部以下である。導電粒子用基材粒子を液状媒体に分散させる方法は特に限定されず、例えば、超音波を照射させて分散させる方法;通常攪拌装置、高速攪拌装置、コロイドミルまたはホモジナイザーのような剪断分散装置等により分散させる方法;等が挙げられる。
電成ふるいを通過させる際の分散体液温は、特に限定されず、使用する液状媒体に応じて適宜調整すればよいが、通常は0℃以上100℃以下である。なお、分散体の液温は、当然、液状媒体の沸点未満である。電成ふるいのふるい孔の寸法は、所望とする平均粒子径、変動係数に応じて変更すればよい。電成ふるいによる分級を行うことにより、粗大粒子を除去することができ、導電粒子用基材粒子の粒子径の変動係数を小さくすることができる。
合成後の導電粒子用基材粒子の粒子径の個数基準の変動係数は15%以下が好ましく、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは8%以下である。導電粒子用基材粒子の粒子径、及び粒子径の変動係数は、実施例に記載の方法で測定することができる。
合成後、必要に応じて分級された導電粒子用基材粒子は、通常、乾燥され、場合によっては上述した焼成(加熱処理)に付される。乾燥や焼成などの加熱処理については、公知の方法に従って行えばよい。
以上のようにして得られた導電粒子用基材粒子(基材)の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、回転楕円体状、金平糖状、薄板状、針状、まゆ状等のいずれでも良いが、球状が好ましく、特に真球状が好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
〈1.物性測定方法および評価方法〉
各種物性の測定は以下の方法で行った。
各種物性の測定は以下の方法で行った。
<シード粒子および導電粒子用基材粒子の個数平均粒子径および変動係数(CV値)>
シード粒子または導電粒子用基材粒子0.005部に、乳化剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬株式会社製「ハイテノール(登録商標)N-08」)の1%水溶液20部を加え、10分間超音波処理した後、粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製「コールターマルチサイザーIII型」)を用いて、30000個の粒子の粒子径(μm)を測定し、個数基準の平均粒子径を求めた。また、個数基準の平均粒子径、粒子径の標準偏差を求めるとともに、下記式に従って粒子径の個数基準のCV値(変動係数)を算出した。
粒子の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/個数基準平均粒子径)
シード粒子または導電粒子用基材粒子0.005部に、乳化剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬株式会社製「ハイテノール(登録商標)N-08」)の1%水溶液20部を加え、10分間超音波処理した後、粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製「コールターマルチサイザーIII型」)を用いて、30000個の粒子の粒子径(μm)を測定し、個数基準の平均粒子径を求めた。また、個数基準の平均粒子径、粒子径の標準偏差を求めるとともに、下記式に従って粒子径の個数基準のCV値(変動係数)を算出した。
粒子の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/個数基準平均粒子径)
<水への分散性の評価>
サンプル管に導電粒子用基材粒子0.1部、1%乳化水を4部およびメタノール1.2部を加え、15分間スターラーで撹拌した。撹拌後、導電粒子用基材粒子の分散状態を、倍率2500倍のマイクロスコープにて視野範囲122.5μm四方で最低100視野観察した。その結果を以下の条件で評価した。
○:単粒子に分散。
△1:単粒子が存在するが、2~5個未満の粒子が凝集している。
△2:5個以上の粒子が凝集する凝集塊が2つ以上存在する。
×:10個以上の粒子が凝集する凝集塊が存在する。
サンプル管に導電粒子用基材粒子0.1部、1%乳化水を4部およびメタノール1.2部を加え、15分間スターラーで撹拌した。撹拌後、導電粒子用基材粒子の分散状態を、倍率2500倍のマイクロスコープにて視野範囲122.5μm四方で最低100視野観察した。その結果を以下の条件で評価した。
○:単粒子に分散。
△1:単粒子が存在するが、2~5個未満の粒子が凝集している。
△2:5個以上の粒子が凝集する凝集塊が2つ以上存在する。
×:10個以上の粒子が凝集する凝集塊が存在する。
<アルカリ分散性の評価>
導電粒子用基材粒子1部を、0.1質量%水酸化ナトリウム水溶液20部(水:メタノールが質量比で1:1の混合溶液)に添加し、25℃で20分間攪拌した後、コールターマルチサイザーIII型(ベックマンコールター社製、測定範囲1μm~10μm、同時通過補正あり)を使用して体積基準の平均粒子径Daを測定する。
導電粒子用基材粒子1部を、0.1質量%水酸化ナトリウム水溶液20部(水:メタノールが質量比で1:1の混合溶液)に添加し、25℃で20分間攪拌した後、コールターマルチサイザーIII型(ベックマンコールター社製、測定範囲1μm~10μm、同時通過補正あり)を使用して体積基準の平均粒子径Daを測定する。
次いで、導電粒子用基材粒子1部を、1質量%ハイテノール(登録商標)N-08(第一工業製薬株式会社製)水溶液4000部に添加し、10分間超音波処理して導電粒子用基材粒子を水溶液中に分散させた後、マイクロスコープ(HiROX社製、KH-2700)で500倍に拡大し、凝集粒子がないことを確認し、コールターマルチサイザーIII型(測定範囲1μm~10μm、同時通過補正あり)を使用して体積基準の平均径をDb(平均一次粒子径)を測定する。
得られたDaおよびDbの値を下記式に導入し、アルカリ溶液中における分散性α(%)を算出し、下記基準で評価した。
α(%)=(|Da-Db|/Db)×100
○:αが10%未満
△:αが20%未満
×:αが20%以上
α(%)=(|Da-Db|/Db)×100
○:αが10%未満
△:αが20%未満
×:αが20%以上
<導電粒子用基材粒子中のSi含有率の測定>
導電粒子用基材粒子を空気などの酸化性雰囲気中、950℃で焼成したときの灰分質量Xa(これをSiO2量とする)からSiに相当する質量を算出し、該Si量を焼成処理に供した導電粒子用基材粒子の質量Xbで除した。なお、灰分質量からSi量に相当する質量を算出するため、灰分質量Xaに0.4672(Si原子量/SiO2式量)を乗じた。すなわち下式によりSi含有率βを算出した。
β(%)=(Xa×0.4672)/Xb
導電粒子用基材粒子を空気などの酸化性雰囲気中、950℃で焼成したときの灰分質量Xa(これをSiO2量とする)からSiに相当する質量を算出し、該Si量を焼成処理に供した導電粒子用基材粒子の質量Xbで除した。なお、灰分質量からSi量に相当する質量を算出するため、灰分質量Xaに0.4672(Si原子量/SiO2式量)を乗じた。すなわち下式によりSi含有率βを算出した。
β(%)=(Xa×0.4672)/Xb
<導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合の測定>
導電粒子用基材粒子を窒素などの不活性雰囲気中、105℃で60分処理した後の残存質量を、熱処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことで、導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合とした。
導電粒子用基材粒子を窒素などの不活性雰囲気中、105℃で60分処理した後の残存質量を、熱処理に供した導電粒子用基材粒子の質量で除すことで、導電粒子用基材粒子中のポリマーの割合とした。
〈2.導電粒子用基材粒子の作製〉
[実施例1]
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水1600部と、25%アンモニア水20部、メタノール400部を入れ、攪拌下、滴下口から、重合性シラン化合物(無機質成分)として3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM-503、以下「MPTMS」と記載)80.0部を添加し、攪拌することによりMPTMSの加水分解、縮合反応を行って、メタクリロイル基を有するポリシロキサン粒子(シード粒子)の乳濁液を調製した。
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水1600部と、25%アンモニア水20部、メタノール400部を入れ、攪拌下、滴下口から、重合性シラン化合物(無機質成分)として3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM-503、以下「MPTMS」と記載)80.0部を添加し、攪拌することによりMPTMSの加水分解、縮合反応を行って、メタクリロイル基を有するポリシロキサン粒子(シード粒子)の乳濁液を調製した。
次いで、乳化剤としてポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬社製「ハイテノール(登録商標)NF-08」)の20%水溶液0.64部をイオン交換水40.4部に溶解した溶液に、吸収モノマー(単量体成分)としてジビニルベンゼン(DVB、新日鐵化学社製:ジビニルベンゼン96%、エチルビニルベンゼン4%含有)32.0部と、2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(RHMA)16.0部と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製「V-65」)1.9部とを溶解した溶液を加え、TKホモミキサー(特殊機化工業社製)を用いて乳化分散させて吸収モノマーの乳化液を調製した。乳化分散の開始から1時間後、得られた乳化液を、ポリシロキサン粒子(シード粒子)の乳濁液中に添加して、さらに攪拌を行った。乳化液の添加から1時間後、混合液をサンプリングして顕微鏡で観察を行ったところ、ポリシロキサン粒子が吸収モノマーを吸収して肥大化していることが確認された。
次いで、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩の20%水溶液2.0部を加え、窒素雰囲気下で反応液を65℃まで昇温させて、65℃で2時間保持し、単量体成分のラジカル重合を行った。ラジカル重合後の乳濁液を固液分離し、得られたケーキをイオン交換水、メタノールで洗浄した後、窒素雰囲気下80℃で4時間真空乾燥し、導電粒子用基材粒子(1)を得た。
[実施例2]
重合性シラン化合物(無機質成分)としてMPTMSにかえてビニルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM-1003、以下VTMSと記載)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(2)を得た。
重合性シラン化合物(無機質成分)としてMPTMSにかえてビニルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM-1003、以下VTMSと記載)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(2)を得た。
[比較例1]
吸収モノマーをジビニルベンゼン(DVB)32.0部のみを使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(3)を得た。
吸収モノマーをジビニルベンゼン(DVB)32.0部のみを使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(3)を得た。
[比較例2]
吸収モノマーをメジビニルベンゼン(DVB)80.0部と2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(RHMA)80.0部を使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(4)を得た。
吸収モノマーをメジビニルベンゼン(DVB)80.0部と2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(RHMA)80.0部を使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(4)を得た。
[比較例3]
吸収モノマーを2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(RHMA)にかえて2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)32.0部を使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(5)を得た。
吸収モノマーを2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(RHMA)にかえて2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)32.0部を使用したこと以外は、実施例1と同様にして導電粒子用基材粒子(5)を得た。
[比較例4]
吸収モノマーを2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)にかえて2-(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(DAM、共栄社化学社製ライトエステルDM)32.0部を使用したこと以外は、比較例3と同様にして導電粒子用基材粒子(6)を得た。
吸収モノマーを2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)にかえて2-(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(DAM、共栄社化学社製ライトエステルDM)32.0部を使用したこと以外は、比較例3と同様にして導電粒子用基材粒子(6)を得た。
[比較例5]
吸収モノマーをジビニルベンゼン(DVB)32.0部のみを使用したこと以外は、実施例2と同様にして導電粒子用基材粒子(7)を得た。
吸収モノマーをジビニルベンゼン(DVB)32.0部のみを使用したこと以外は、実施例2と同様にして導電粒子用基材粒子(7)を得た。
導電粒子用基材粒子(1)~(7)の個数平均粒子径、変動係数および分散性の評価は表1に示すとおりであった。
式(1)で表されるモノマー単位に由来する構造単位を有するポリマーを含有する実施例1,2と、比較例1~5(式(1)で表されるモノマー単位に由来する構造単位を有さない、もしくは過剰に有する)を比べると、実施例1,2は、水分散性及びアルカリ分散性いずれも比較例1~5よりも優れていることが確認できた。
本発明は、導電材料を使用する分野において利用することができる。
Claims (12)
- 前記ポリマー100質量部に対して、式(1)で表されるモノマー単位由来の構造が1~25質量部であることを特徴とする、請求項1に記載の導電粒子用基材粒子。
- 前記ポリマーが前記導電粒子用基材粒子100質量部に対して90質量部以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導電粒子用基材粒子。
- アルカリ分散性が10%以下であることを特徴とする、請求項1~3いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
- Si原子を含む粒子である、請求項1~4いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
- Siの含有量が、前記ポリマー100質量部に対して1~25質量部である、請求項1~5いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
- 個数平均粒子径が1.0~7.0μmであることを特徴とする、請求項1~6いずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子。
- シード粒子を調製する工程と、シード粒子に式(1)で表されるモノマーと重合開始剤を吸収させる工程と、モノマーを重合させる工程とを含む、導電粒子用基材粒子の製造方法。
- 前記シード粒子が、有機シラン化合物を縮合してなるシード粒子である、請求項8に記載の導電粒子用基材粒子の製造方法。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の導電粒子用基材粒子の表面に、少なくとも一層の導電性金属層が形成されている、導電粒子。
- 請求項10に記載の導電粒子を含む、異方性導電材料。
- 請求項10に記載の導電粒子と、バインダー樹脂とを含む、異方性導電ペースト。
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