JP5900706B2 - セラミック成形用又は導電ペースト用のバインダー、及びそれらの用途 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリビニルアセタールを含有するセラミック成形用のバインダーに関する。また本発明は、ポリビニルアルコールを含有する導電ペースト用のバインダーに関する。さらに本発明は、それらの用途に関する。
ポリビニルアセタールは、ポリビニルアルコール(以後「PVA」と略記する場合がある)とアルデヒド化合物を用いて、酸性条件下、水中でのアセタール化反応により得られる。ポリビニルアセタールは、強靭なフィルムが得られること、親水性のヒドロキシ基と疎水性のアセタール基を併せ持つユニークな構造であることなどから、種々のポリマーが提案されている。その中でも、PVAとホルムアルデヒドから製造されるポリビニルホルマール、PVAとアセトアルデヒドから製造されるポリビニルアセトアセタール、およびPVAとブチルアルデヒドから製造されるポリビニルブチラールは、商業的に重要な位置を占めている。
特に、ポリビニルブチラールは、セラミック成形用のバインダー、各種バインダーやフィルム等として広く用いられており、商業的に特に重要な位置を占めている。
セラミック成形用のバインダーは積層型コンデンサーやICチップの回路基板を製造する過程において成形用バインダーとして使用されており、中でも、セラミックグリーンシートを作製する際に用いるバインダーとして広く用いられている。セラミックグリーンシート上に電極を形成し、積み重ねて圧着した後、電極とセラミックとを同時に焼成する方法などによって積層型コンデンサーやICチップの回路基板が製造される。
セラミックグリーンシートの製造方法としては、ポリビニルアセタール、セラミック粉体及び有機溶剤を主成分とするセラミックスラリーをキャリアーフィルム上に塗布した後に乾燥させる方法等が採用されている。
セラミック成形用のバインダーに要求される性能としては、分散性や保存安定性に優れたセラミックスラリーが得られること、焼成後に炭素残渣の量が少ない、熱圧着時の良好な接着性などが挙げられる。セラミックスラリーの分散性や保存安定性が不十分である場合、得られるセラミックグリーンシートの密度・平滑性等が不十分になり、接着性が悪化することがある。焼成後のセラミック成形品中において炭素残渣の量が多い場合、当該成形品の電気特性等が不十分になることがある。
近年、電子機器の多機能化や小型化に伴い、積層セラミックコンデンサには大容量化、小型化が求められている。これに対応して、セラミックグリーンシートに用いられるセラミック粉末としては、0.5μm以下の微細な粒子径のものが用いられ、5μm以下のような薄膜状に剥離性の支持体上に塗工する試みがなされている。
しかしながら、微細な粒子径のセラミックス粉末を用いると、充填密度や表面積が増加するため、使用するバインダー樹脂量が増加し、これに伴って、セラミックグリーンシート用スラリー組成物の粘度も増大することから、塗工が困難となったり、セラミック粉末自体の分散不良が発生したりすることがあった。
一方で、積層セラミックコンデンサの小型化には限界があり、積層セラミックコンデンサを大容量化、もしくは容量を保ったまま小型化するためには、グリーンシートの薄層化に加え、多層化も求められている。積層セラミックコンデンサはグリーンシート上に電極層が形成され、電極層が形成されたグリーンシートや形成されていないグリーンシートを積層し、複合積層体が得られる。
この電極層の形成工程には、グリーンシートに電極層を印刷する方法により直接形成する方法とキャリアフィルムに電極層を印刷等により形成し、キャリアフィルムからグリーンシートに電極層を熱プレスにより転写する場合がある。
しかしながら、グリーンシートをプレスし積層する工程において、プレスを強くするとグリーンシートや導体層に変形が生じ、積層セラミック部品に求められている高精度化が実現できない。しかし、プレスを弱くすると、従来の製造方法では、グリーンシート同士もしくはグリーンシートと導体層の接着力が弱く、上下のグリーンシートが密着しない。このような密着不良が発生してしまうと、セラミック積層体を焼成した後に欠陥が生じ、部品の信頼性が低下してしまう問題がある。
また、キャリアフィルムからグリーンシートに導体層をプレスし転写する工程においても、プレスを強くすると導体層に変形が生じ、積層セラミック部品に求められている高精度化が実現できない。しかし、プレスを弱くすると、従来の製造方法では、グリーンシートと導体層の接着力が弱く、導体層とグリーンシートが密着しない。このような密着不良が発生してしまうと、導体層を形成できないばかりか、セラミック積層体を焼成した後に欠陥が生じることがあり、部品の信頼性が低下してしまう問題がある。
特許文献1には、ポリビニルアセタール樹脂、有機溶剤及びセラミック粉末を含有するセラミックグリーンシート用セラミックペーストであって、前記ポリビニルアセタール樹脂は、ケン化度が80モル%以上のポリビニルアルコールのビニルアルコール単位に対して、少なくともジアルデヒドを0.005〜2モル%の割合で添加してアセタール化してなることを特徴とするセラミックグリーンシート用セラミックペーストが記載されている。
特許文献2には、重合度が1000を超え4500以下であり、ビニルエステル単位の含有量が1モル%より少ないポリビニルアルコール樹脂をモノアルデヒドでアセタール化して得られ、アセタール化度が60〜83モル%であるポリビニルアセタール樹脂、セラミック粉末、及び、有機溶剤を含有するセラミックグリーンシート用スラリー組成物が記載されている。
特許文献3には、セラミック粉体と有機バインダを必須成分として含む複数のグリーンシートを準備する工程と、前記複数のグリーンシートのうち少なくとも一部のグリーンシートの表面に導体層を形成する工程と、前記複数のグリーンシートを積層し焼成する工程とを含む積層セラミック部品の製造方法であって、前記複数のグリーンシートを積層してなる積層体表面にオゾンによる表面処理を施した後、該処理面にグリーンシートを積層する製造方法が記載されている。
特許文献4には、大気圧プラズマ装置を用いて表面改質されたフィルムを用いた積層体の製造方法及び積層体、それを用いた包装容器が記載されている。
しかしながら、特許文献1及び2に記載のセラミックペーストやスラリー組成物は保存安定性が不十分である場合があった。また、得られるセラミック成形品中において炭素残渣の量が多く、当該成形品の電気特性等が不十分である場合もあった。特許文献3にはグリーンシート表面にオゾンによる表面処理を施し、接着性を向上させる製造方法、特許文献4にはフィルムに大気プラズマ装置を用いて表面処理を施し、接着性を向上させる製造方法が記載されているが、いずれも、接着性の向上のみの記載であり、スラリーの保存安定性、炭素残渣の量の当該成型品の品質向上までは言及されていない。
一方、ポリビニルアセタールは、積層セラミックコンデンサー等の製造に用いられる導電ペースト用のバインダーとしても用いられている。積層セラミックコンデンサとは、酸化チタンやチタン酸バリウムなどの誘電体と内部電極とを多数積み重ねたチップタイプのセラミックコンデンサである。このような積層セラミックコンデンサは、例えば、次のような方法で製造することができる。セラミックグリーンシートの表面に内部電極となる導電ペーストをスクリーン印刷等により塗布したものを複数枚積み重ね、加熱圧着して積層体を得た後、該積層体を加熱してバインダーを分解除去した後、焼結する方法を挙げることができる。
導電ペースト用のバインダーに要求される性能としては、保存安定性に優れること、導電ペーストとグリーンシート間の良好な接着性を示すこと、得られる焼結体中の炭素残渣の量が少ないことが挙げられる。導電ペーストの保存安定性が不十分である場合、セラミックグリーンシートの表面に導電ペーストを印刷する際の印刷適正が劣り、印刷表面の平滑性が悪くなったり、炭素残渣の量が多い場合、焼結体の電気特性等が不十分になったりする。
特許文献5には、(メタ)アクリル酸エステル類を主成分とする重合性モノマーを、ポリビニルアセタール樹脂が分散されてなる水性媒体に添加して前記ポリビニルアセタール樹脂中に浸透させた後、重合させることにより得られるポリビニルアセタール・(メタ)アクリル酸エステル複合樹脂を含有することを特徴とする導電ペースト用バインダー樹脂が記載されている。
しかしながら、特許文献5に記載の導電ペースト用バインダー樹脂を用いた導電ペーストは保存安定性が不十分であった。また、得られる焼結体中の炭素残渣の量が多く、性能が不十分であった。特許文献3にはグリーンシート表面にオゾンによる表面処理を施し、接着性を向上させる製造方法、特許文献4にはフィルムに大気プラズマ装置を用いて表面処理を施し、接着性を向上させる製造方法が記載されているが、いずれも、接着性の向上のみの記載であり、導電ペーストの保存安定性、炭素残渣の量の当該成型品の品質向上までは言及していない。
特開2006−282490号公報 国際公開第2011/092963号 特開2003−95750号公報 国際公開第2011/046143号 特開2005−15654号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、保存安定性に優れたセラミックスラリーを得ることができ、なおかつ焼成後の炭素残渣の量が少なく接着性の改善されたセラミック成形用のバインダーを提供することを目的とするものである。
本発明は、保存安定性に優れた導電ペーストを得ることができ、また、積層体の圧着時の接着性を改善し、なおかつ炭素残渣の量が少ない焼結体を得ることができる導電ペースト用のバインダーを提供することを目的とするものである。
上記課題は、アセタール化度が50〜85モル%、ビニルエステル単量体単位の含有量が0.1〜20モル%、粘度平均重合度が200〜5000であるポリビニルアセタールを含有するセラミック成形用又は導電ペースト用のバインダーであって、
230℃において3時間加熱された前記ポリビニルアセタールをゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定したときの、示差屈折率検出器で測定されるピークトップ分子量(A)と、吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定されるピークトップ分子量(B)が下記式(1)
(A−B)/A<0.60 (1)
を満たし、かつピークトップ分子量(B)における吸光度が0.50×10−3〜1.00×10−2となるバインダーを提供することによって解決される。
ただし、前記GPC測定において、
移動相:20mmol/lトリフルオロ酢酸ナトリウム含有ヘキサフルオロイソプロパノール(以下、ヘキサフルオロイソプロパノールをHFIPと略記することがある。)
試料濃度:1.00mg/ml
試料注入量:100μl
カラム:昭和電工株式会社製「GPC HFIP−806M」
カラム温度:40℃
流速:1ml/分
吸光光度検出器のセル長:10mm
である。
このとき、前記ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定における、示差屈折率検出器によって求められる、前記ポリビニルアセタールの数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが2.8〜12.0となることが好ましい。
前記ポリビニルアセタールがポリビニルブチラールであることが好ましい。前記ポリビニルアセタールが、側鎖にアミド基、アミノ基、エステル基、カルボニル基、及びビニル基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有することも好ましい。前記官能基がアミド基又はアミノ基であることも好ましい。
上記バインダーがセラミック成形用バインダーであることが好ましい。
上記セラミック成形用バインダー、セラミック粉体、有機溶剤及び可塑剤を含有するセラミックスラリーが本発明の好適な実施形態である。当該セラミックスラリーを用いて得られるセラミックグリーンシートも本発明の好適な実施形態である。
上記課題は、上記セラミックグリーンシート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることを特徴とするセラミックグリーンシートの製造方法を提供することによっても解決される。
上記バインダーが導電ペースト用バインダーであることが好ましい。
上記導電ペースト用バインダー、金属粉末及び有機溶剤を含有する導電ペーストが本発明の好適な実施形態である。セラミックグリーンシートの表面に上記導電ペーストが塗工されてなる塗工シートも本発明の好適な実施形態である。
上記課題は、上記塗工シート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることを特徴とする塗工シートの製造方法を提供することによっても解決される。
本発明のセラミック成形用のバインダーを用いて得られるセラミックスラリーは保存安定性に優れる。また、本発明のバインダーは焼成後の炭素残渣の量が少ない。
本発明の導電ペースト用のバインダーを用いて得られる導電ペーストは保存安定性に優れる。また、積層体圧着時の接着性を改善し、さらに、当該導電ペーストを用いることにより、炭素残渣の量が少ない焼結体が得られる。
実施例1のポリビニルアセタールにおいて、分子量と示差屈折率検出器(RI)で測定された値との関係、及び分子量と吸光光度検出器(UV)(測定波長280nm)で測定された吸光度との関係を示したグラフである。
本発明のセラミック成形用又は導電ペースト用のバインダーに含有されるポリビニルアセタールは、アセタール化度が50〜85モル%、ビニルエステル単量体単位の含有量が0.1〜20モル%、粘度平均重合度が200〜5000であるポリビニルアセタールであって、230℃において3時間加熱された前記ポリビニルアセタールをGPC測定したときの、示差屈折率検出器で測定されるピークトップ分子量(A)と、吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定されるピークトップ分子量(B)が下記式(1)
(A−B)/A<0.60 (1)
を満たし、かつピークトップ分子量(B)における吸光度が0.50×10−3〜1.00×10−2となるものである。
ただし、前記GPC測定において、
移動相:20mmol/lトリフルオロ酢酸ナトリウム含有HFIP
試料濃度:1.00mg/ml
試料注入量:100μl
カラム:昭和電工株式会社製「GPC HFIP−806M」
カラム温度:40℃
流速:1ml/分
吸光光度検出器のセル長:10mm
である。
本発明におけるGPC測定では、示差屈折率検出器及び吸光光度検出器を有し、これらの検出器による測定を同時に行うことができるGPC装置を使用する。吸光光度検出器には、波長280nmにおける吸光度を測定できるものを使用する。吸光光度検出器の検出部のセルには、セル長(光路長)が10mmのものを使用する。吸光光度検出器は、特定波長の紫外光の吸収を測定するものでもよいし、特定範囲の波長の紫外光の吸収を分光測定するものでもよい。測定に供されたポリビニルアセタールは、GPCカラムによって各分子量成分に分離される。示差屈折率検出器によるシグナル強度は、概ねポリビニルアセタールの濃度(mg/ml)に比例する。一方、吸光光度検出器により検出されるポリビニルアセタールは、所定の波長に吸収を有するもののみである。前記GPC測定により、ポリビニルアセタールの各分子量成分ごとの、濃度および所定の波長における吸光度を測定することができる。
前記GPC測定において測定されるポリビニルアセタールの溶解に用いる溶媒及び移動相として、20mmol/lの濃度でトリフルオロ酢酸ナトリウムを含有するHFIPを用いる。HFIPは、ポリビニルアセタール及びポリメタクリル酸メチル(以下、PMMAと略記する)を溶解させることができる。また、トリフルオロ酢酸ナトリウムを添加することにより、カラム充填剤へのポリビニルアセタールの吸着が防止される。前記GPC測定における流速は1ml/分、カラム温度は40℃とする。
前記GPC測定において、標品として単分散のPMMA(以下、標準PMMAと称する)を用いる。分子量の異なる数種類の標準PMMAを測定し、GPC溶出容量と標準PMMAの分子量から検量線を作成する。本発明においては、示差屈折率検出器による測定には当該検出器を用いて作成した検量線を使用し、吸光光度検出器による測定には当該検出器を用いて作成した検量線を使用する。これらの検量線を用いてGPC溶出容量から分子量に換算し、ピークトップ分子量(A)及びピークトップ分子量(B)を求める。
前記GPC測定の前に、ポリビニルアセタールを230℃において3時間加熱する。本発明においては、以下の方法でポリビニルアセタールを加熱する。加熱処理後の試料の色相の差異を吸光度の差異に明確に反映させるために、ポリビニルアセタールの粉末を圧力2MPa、230℃にて、3時間熱プレスすることにより、加熱されたポリビニルアセタール(フィルム)を得る。このときのフィルムの厚みは、600〜800μmであり、概ね760μmであることが好ましい。
加熱されたポリビニルアセタールを前述した溶媒に溶解させて測定試料を得る。測定試料のポリビニルアセタールの濃度は1.00mg/mlとし、注入量は100μlとする。但し、ポリビニルアセタールの粘度平均重合度が2400を超える場合、排除体積が増大するため、ポリビニルアセタールの濃度が1.00mg/mlでは再現性良く測定できない場合がある。その場合には、適宜希釈した試料(注入量100μl)を用いる。吸光度はポリビニルアセタールの濃度に比例する。したがって、希釈した試料の濃度と実測された吸光度を用いて、ポリビニルアセタール濃度が1.00mg/mlの場合の吸光度を求める。
図1は、後述する本発明の実施例において、ポリビニルアセタールをGPC測定して得られた、分子量と示差屈折率検出器で測定された値との関係、及び分子量と吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定された吸光度との関係を示したグラフである。図1を用いて本発明におけるGPC測定についてさらに説明する。図1において、「RI」で示されるクロマトグラムは、溶出容量から換算したポリビニルアセタールの分子量(横軸)に対して、示差屈折率検出器で測定された値をプロットしたものである。本発明において当該クロマトグラム中のピークの位置における分子量をピークトップ分子量(A)とする。なお、クロマトグラム中に複数のピークが存在する場合には、ピーク高さが最も高いピークの位置における分子量をピークトップ分子量(A)とする。
図1において、「UV」で示されるクロマトグラムは、溶出容量から換算したポリビニルアセタールの分子量(横軸)に対して、吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定された吸光度をプロットしたものである。本発明において当該クロマトグラム中のピークの位置における分子量をピークトップ分子量(B)とする。なお、クロマトグラム中に複数のピークが存在する場合には、ピーク高さが最も高いピークの位置における分子量をピークトップ分子量(B)とする。
前記ポリビニルアセタールは、上述した方法によりGPC測定されたときの、示差屈折率検出器で測定されるピークトップ分子量(A)と、吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定されるピークトップ分子量(B)が下記式(1)を満たす。
(A−B)/A<0.60 (1)
ピークトップ分子量(A)は、ポリビニルアセタールの分子量の指標となる値である。一方、ピークトップ分子量(B)は、ポリビニルアセタール中に存在する、280nmに吸収を有する成分に由来する。通常、ピークトップ分子量(B)よりもピークトップ分子量(A)のほうが大きいため、(A−B)/Aは正の値になる。ピークトップ分子量(B)が大きくなれば、(A−B)/Aは小さくなり、ピークトップ分子量(B)が小さくなれば、(A−B)/Aは大きくなる。すなわち、(A−B)/Aが大きい場合には、ポリビニルアセタール中の低分子量成分に波長280nmの紫外線を吸収する成分が多いことを意味する。
(A−B)/Aが0.60以上の場合、上述の通り、低分子量成分に波長280nmの紫外線を吸収する成分が多くなる。
(A−B)/Aが0.60以上の場合、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの保存安定性が低下する。(A−B)/Aは、好ましくは0.55未満であり、より好ましくは0.50未満である。
(A−B)/Aが0.60以上の場合、前記ポリビニルアセタールを含有する導電ペーストの保存安定性が低下する。(A−B)/Aは、好ましくは0.55未満であり、より好ましくは0.50未満である。
前記ポリビニルアセタールは、上述した方法によりGPC測定されたときの、ピークトップ分子量(B)における吸光度(測定波長280nm)が0.50×10−3〜1.00×10−2となる必要がある。
前記吸光度が0.50×10−3未満の場合には、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの分散性が低下する。また、当該セラミックスラリーの保存安定性も低下する。一方、前記吸光度が1.00×10−2を超える場合には、得られるセラミック成形品中において炭素残渣の量が増加する。前記吸光度は1.00×10−3〜8.00×10−3が好ましく、1.50×10−3〜6.50×10−3がより好ましい。
前記吸光度が0.50×10−3未満の場合には、得られる導電ペーストの保存安定性が低下する。また、導電ペーストにおける金属粉末の分散性も低下する。一方、前記吸光度が1.00×10−2を超える場合には、導電ペーストを加熱した後の炭素残渣の量が多くなり、得られる焼結体の電気特性等が不十分になる。前記吸光度は1.00×10−3〜8.00×10−3が好ましく、1.50×10−3〜6.50×10−3がより好ましい。
また、前記ポリビニルアセタールは、前記GPC測定における、示差屈折率検出器によって求められる、前記ポリビニルアセタールの数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが2.8〜12.0であることが好ましい。Mw及びMnは、前述したポリビニルアセタールの分子量に対して、示差屈折率検出器で測定された値をプロットして得たクロマトグラムから求められる。本発明におけるMw及びMnは、PMMA換算の値である。
一般にMnは低分子量成分の影響を強く受ける平均分子量であり、Mwは高分子量成分の影響を強く受ける平均分子量である。Mw/Mnは高分子の分子量分布の指標として一般的に用いられている。Mw/Mnが小さい場合は、低分子量成分の割合が小さい高分子であることを示し、Mw/Mnが大きい場合には、低分子量成分の割合が大きい高分子であることを示す。
したがって、本発明において、Mw/Mnが2.8未満の場合、ポリビニルアセタールにおいて、低分子量成分の割合が小さいことを示す。
Mw/Mnが2.8未満の場合、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの分散性が低下するおそれがある。また、当該セラミックスラリーの保存安定性が低下するおそれもある。Mw/Mnが2.9以上であることがより好ましく、3.1以上であることがさらに好ましい。一方、Mw/Mnが12.0を超える場合、ポリビニルアセタールにおいて、低分子量成分の割合が大きいことを示す。Mw/Mnが12.0を超える場合、得られるセラミック成形品中において炭素残渣の量が増加するおそれがある。Mw/Mnが11.0以下であることがより好ましく、8.0以下であることがさらに好ましい。
セラミックスラリーの分散性、保存安定性が低下すると、グリーンシート表面が粗面化し、グリーンシートの接着性、その後の成型品、および焼成後の品質に悪影響を及ぼすと考えれる。
Mw/Mnが2.8未満の場合、導電ペーストにおける金属粉末の分散性が低下するおそれがある。また、当該導電ペーストの保存安定性も低下するおそれがある。Mw/Mnが2.9以上であることがより好ましく、3.1以上であることがさらに好ましい。一方、Mw/Mnが12.0を超える場合、ポリビニルアセタールにおいて、低分子量成分の割合が大きいことを示す。Mw/Mnが12.0を超える場合、導電ペーストを加熱した後の炭素残渣の量が多くなり、得られる焼結体の電気特性等が不十分になるおそれがある。Mw/Mnが11.0以下であることがより好ましく、8.0以下であることがさらに好ましい。
導電ペーストの保存安定性が低下すると、所望の印刷厚みにならなかったり、印刷後の表面があれ、焼結体の電気特性等に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明のバインダーに含有されるポリビニルアセタールのアセタール化度は50〜85モル%であり、好ましくは55〜82モル%であり、より好ましくは60〜78モル%、さらに好ましくは65〜75モル%である。
アセタール化度が50モル%未満である場合、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの保存安定性が低下する。一方、アセタール化度が85モル%を超える場合には、アセタール化反応の効率が著しく低下する。また、ポリビニルアセタール中の水酸基(ビニルアルコール単量体単位)含有量が低下し、本発明のセラミック成形用バインダーを用いて得られるセラミックグリーンシートの強度が低下する。さらに、得られるセラミック成形品中において炭素残渣の量が増加する。
アセタール化度が50モル%未満である場合、前記ポリビニルアセタールを含有する導電ペーストの保存安定性が低下する。一方、アセタール化度が85モル%を超える場合には、アセタール化反応の効率が著しく低下し、生産性が著しく悪化し商業性にかける。導電ペーストを加熱した後の炭素残渣の量が多くなり、得られる焼結体の電気特性等が不十分になる。
なお、アセタール化度はポリビニルアセタールを構成する全単量体単位に対する、アセタール化されたビニルアルコール単量体単位の割合を表す。原料のPVA中のビニルアルコール単量体単位のうち、アセタール化されなかったものは、得られるポリビニルアセタール中において、ビニルアルコール単量体単位として残存する。
本発明のバインダーに含有されるポリビニルアセタールの粘度平均重合度は、JIS−K6726に準じて測定される原料のPVAの粘度平均重合度で表される。すなわち、PVAをけん化度99.5モル%以上に再けん化し、精製した後、30℃の水中で測定した極限粘度[η](l/g)から次式により求めることができる。PVAの粘度平均重合度と、それをアセタール化して得られるポリビニルアセタールの粘度平均重合度とは、実質的に同じである。
P=([η]×10000/8.29)(1/0.62)
前記ポリビニルアセタールの粘度平均重合度は200〜5000である。
粘度平均重合度が200に満たない場合、本発明のセラミック成形用のバインダーを用いて得られるセラミックグリーンシートの強度が低下することがある。粘度平均重合度は、250以上が好ましく、300以上がより好ましく、400以上がさらに好ましい。一方、粘度平均重合度が5000を超える場合、セラミックグリーンシートを製造する際に調製されるセラミックスラリーの粘度が高くなりすぎ生産性が低下することがある。粘度平均重合度は、4500以下が好ましく、4000以下がより好ましく、3500以下がさらに好ましい。
粘度平均重合度が200に満たない場合、本発明の導電ペーストを塗工して塗膜を形成したとき、当該塗膜の強度が低下することがある。粘度平均重合度は、250以上が好ましく、300以上がより好ましく、400以上がさらに好ましい。一方、粘度平均重合度が5000を超える場合、導電ペーストの粘度が高くなりすぎて印刷適正が低下することがある。粘度平均重合度は、4500以下が好ましく、4000以下がより好ましく、3500以下がさらに好ましく、2500以下であることが特に好ましい。
前記ポリビニルアセタールのビニルエステル単量体単位の含有量は0.1〜20モル%であり、好ましくは0.3〜18モル%であり、より好ましくは0.5〜15モル%であり、更に好ましくは0.7〜13モル%である。ビニルエステル単量体単位の含有量が0.1モル%に満たない場合、ポリビニルアセタールを安定に製造することができない。
ビニルエステル単量体単位の含有量が20モル%を超える場合には、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの保存安定性が低下するとともに、得られるセラミック成形品中において炭素残渣の量が増加する。
ビニルエステル単量体単位の含有量が20モル%を超える場合には、前記ポリビニルアセタールを含有する導電ペーストの保存安定性が低下する。
前記ポリビニルアセタール中の、アセタール化された単量体単位、ビニルエステル単量体単位及びビニルアルコール単量体単位以外の単量体単位の含有量は、好ましくは20モル%以下、より好ましくは10モル%以下である。
本発明のバインダーに含有されるポリビニルアセタールは、通常、PVAをアセタール化することにより製造する。
原料PVAのけん化度は80〜99.9モル%が好ましく、より好ましくは82〜99.7モル%であり、さらに好ましくは85〜99.5モル%であり、最も好ましくは87〜99.3モル%である。
けん化度が80モル%に満たない場合、前記ポリビニルアセタールを含有するセラミックスラリーの分散性が低下するおそれがある。
けん化度が80モル%に満たない場合、導電ペーストにおける金属粉末の分散性が低下するおそれがある。また、前記ポリビニルアセタールを含有する導電ペーストの保存安定性が低下する。
一方、けん化度が99.9モル%を超える場合、PVAを安定に製造することができない場合がある。PVAのけん化度はJIS−K6726に準じて測定される。
ポリビニルアセタールが、側鎖にアミド基、アミノ基、エステル基、カルボニル基及びビニル基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有することが好ましい。該官能基はアミド基またはアミノ基であることがより好ましく、その含有量はアセタール化前のPVAの単量体単位数に対して20モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましく、5モル%以下がさらに好ましい。該官能基の含有量が20モル%未満の場合は、ポリビニルアセタールの製造が困難になる場合がある。
側鎖に官能基を導入する手法に特に制限はなく、例えば後述する製造方法において、前記の官能基を有するコモノマーと、酢酸ビニルなどのビニルエステルを共重合して得る方法、前記官能基を有するアルデヒドを用いてアセタール化する方法、アセタール化されなかったビニルアルコール単位の水酸基をカルボン酸と反応させる方法などが挙げられる。重合方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法が挙げられる。その方法の中でも、無溶媒で行う塊状重合法またはアルコールなどの溶媒を用いて行う溶液重合法が通常採用される。本発明の効果を高める点では、低級アルコールと共に重合する溶液重合法が好ましい。
原料PVAの製造に用いられるビニルエステルとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニルおよびバーサティック酸ビニル等が挙げられ、とりわけ酢酸ビニルが好ましい。
酢酸ビニルとの前記共重合に用いられ、前記官能基を導入するために共重合してもよいコモノマーとしては、カルボニル基含有単量体、アミノ基含有単量体、ビニル基含有単量体、N−ビニルアミド系単量体、および(メタ)アクリルアミド系単量体などが挙げられる。
カルボニル基含有単量体としては、ジアセトンアクリルアミド等が挙げられる。
アミノ基含有単量体としては、アリルアミン、ジメチルアミノプロピルメタアクリルアミド、N−イソブトキシメチルメタアクリルアミド、ジメチルアミノアクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリレート、アクリロイルモルフォリン等が、ビニル基含有単量体としては、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル等が挙げられる。
N−ビニルアミド系単量体としては、例えば、N−ビニル−2−ピロリドン類およびN−ビニル−2−カプロラクタム類、N−ビニルホルムアミド、N−メチル−N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−メチル−N−ビニルアセトアミドなどが挙げられる。
N−ビニル−2−ピロリドン類としては、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニル−3−プロピル−2−ピロリドン、N−ビニル−5,5−ジメチル−2−ピロリドン、N−ビニル―3,5−ジメチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。
(メタ)アクリルアミド系単量体としては、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド等のアクリルアミド誘導体、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド等のメタクリルアミド誘導体等が挙げられる。
アクリルアミド誘導体としては、N−メチロールアクリルアミド、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−n−ブトキシメチルアクリルアミド、N−イソブトキシメチルアクリルアミド、ターシャリブチルアクリルアミドスルフォン酸、ターシャリブチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタアクリルアミド、N−メトキシメチルメタアクリルアミド、N−エトキシメチルメタアクリルアミド、N−n−ブトキシメチルメタアクリルアミド、N−イソブトキシメチルメタアクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミドなどが挙げられる。
前記単量体の中でも、均質なセラミックスグリーンシートを得る観点、及び均質な塗工シートを得る観点から、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−2−カプロラクタム、N−メトキシメチルメタアクリルアミドがさらに好ましい。
また、原料PVAは、ビニルエステルを2−メルカプトエタノール、n−ドデシルメルカプタン、メルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸などのチオール化合物の存在下で重合させ、得られるポリビニルエステルをけん化することによっても製造することもできる。この方法により、チオール化合物に由来する官能基が末端に導入されたPVAが得られる。
ビニルエステルを重合する方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法が挙げられる。その方法の中でも、無溶媒で行う塊状重合法またはアルコールなどの溶媒を用いて行う溶液重合法が通常採用される。本発明の効果を高める点では、低級アルコールと共に重合する溶液重合法が好ましい。低級アルコールとしては、特に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなど炭素数3以下のアルコールが好ましく、通常、メタノールが用いられる。塊状重合法や溶液重合法で重合反応を行うにあたって、反応の方式は回分式および連続式のいずれの方式にても実施可能である。重合反応に使用される開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)などのアゾ系開始剤;過酸化ベンゾイル、n−プロピルパーオキシカーボネート、パーオキシジカーボネートなどの有機過酸化物系開始剤など本発明の効果を損なわない範囲で公知の開始剤が挙げられるが、特に、60℃での半減期が10〜110分の有機過酸化物系開始剤が好ましく、中でもパーオキシジカーボネートを用いることが好ましい。重合反応を行う際の重合温度については特に制限はないが、5℃〜200℃の範囲が適当である。
ビニルエステルをラジカル重合させる際には、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、必要に応じて、共重合可能な単量体を共重合させることができる。このような単量体としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ヘキセン等のα−オレフィン類;フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等のカルボン酸またはその誘導体;アクリル酸またはその塩;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸またはその塩;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル等のメタクリル酸エステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;エチレングリコールビニルエーテル、1,3−プロパンジオールビニルエーテル、1,4−ブタンジオールビニルエーテル等のヒドロキシ基含有ビニルエーテル類;アリルアセテート、プロピルアリルエーテル、ブチルアリルエーテル、ヘキシルアリルエーテル等のアリルエーテル類;オキシアルキレン基を有する単量体;酢酸イソプロペニル、3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、7−オクテン−1−オール、9−デセン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類;エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等のスルホン酸基を有する単量体;ビニロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、ビニロキシブチルトリメチルアンモニウムクロライド、ビニロキシエチルジメチルアミン、ビニロキシメチルジエチルアミン、N−アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドジメチルアミン、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、メタリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルアリルアミン、アリルエチルアミン等のカチオン基を有する単量体;ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、3−(メタ)アクリルアミドプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリルアミドプロピルトリエトキシシラン等のシリル基を有する単量体などが挙げられる。これらのビニルエステルと共重合可能な単量体の使用量は、その使用される目的および用途等によっても異なるが、通常、共重合に用いられる全ての単量体を基準にした割合で20モル%以下、好ましくは10モル%以下である。
上述の方法により得られたポリビニルエステルをアルコール溶媒中でけん化することによりPVAを得ることができる。
ポリビニルエステルのけん化反応の触媒としては通常アルカリ性物質が用いられ、その例として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、およびナトリウムメトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドが挙げられる。アルカリ性物質の使用量は、ポリビニルエステルのビニルエステル単量体単位を基準にしたモル比で0.002〜0.2の範囲内であることが好ましく、0.004〜0.1の範囲内であることが特に好ましい。けん化触媒は、けん化反応の初期に一括して添加しても良いし、あるいはけん化反応の初期に一部を添加し、残りをけん化反応の途中で追加して添加しても良い。
けん化反応に用いることができる溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でもメタノールが好ましく用いられる。このとき、メタノールの含水率を好ましくは0.001〜1質量%、より好ましくは0.003〜0.9質量%、特に好ましくは0.005〜0.8質量%に調整する。
けん化反応は、好ましくは5〜80℃、より好ましくは20〜70℃の温度で行われる。けん化反応は、好ましくは5分間〜10時間、より好ましくは10分間〜5時間行う。けん化反応は、バッチ法および連続法のいずれの方式によっても行うことができる。けん化反応の終了後に、必要に応じて、残存する触媒を中和しても良い。使用可能な中和剤として、酢酸、乳酸などの有機酸、および酢酸メチルなどのエステル化合物などを挙げることができる。
けん化反応時に添加したアルカリ金属を含有するアルカリ性物質は、通常、けん化反応の進行により生じる酢酸メチルなどのエステルにより中和されるか、反応後添加された酢酸などのカルボン酸により中和される。このとき、酢酸ナトリウムなどのカルボン酸のアルカリ金属塩が生じる。後述するように、本発明において、原料PVAがカルボン酸のアルカリ金属塩を、アルカリ金属の質量換算で0.5質量%以下含有することが好ましい。このようなPVAを得るために、けん化後、PVAを洗浄しても良い。
この場合に用いる洗浄液として、メタノールなどの低級アルコール、当該低級アルコール100質量部と20質量部以下の水からなる溶液、当該低級アルコールとけん化工程において生成する酢酸メチルなどのエステルからなる溶液などが挙げられる。低級アルコールとエステルからなる溶液中のエステルの含有量は、特に制限はないが、低級アルコール100質量部に対して、1000質量部以下が好ましい。洗浄液の添加量としては、通常、けん化により得られる、アルコールによってPVAが膨潤したゲル100質量部に対して、100質量部〜10000質量部が好ましく、150質量部〜5000質量部がより好ましく、200質量部〜1000質量部が更に好ましい。洗浄液の添加量が100質量部に満たない場合には、カルボン酸のアルカリ金属塩量が上記範囲を超えるおそれがある。一方、洗浄液の添加量が10000質量部を超える場合には、添加量を増やすことによる洗浄効果の改善が見込めない。洗浄の方法に特に限定はないが、例えば槽内にゲル(PVA)と洗浄液を加え、5〜100℃で、5分〜180分程度、攪拌あるいは静置した後に脱液する工程を、カルボン酸のアルカリ金属塩の含有量が所定の範囲になるまで繰り返すバッチ方式が挙げられる。また、おおよそバッチ方式と同温度、同時間で、塔頂からPVAを連続的に添加するとともに、塔底より低級アルコールを連続的に添加し、両者を接触交流させる連続方式などが挙げられる。
原料PVAはカルボン酸のアルカリ金属塩を含有することが好ましい。その含有量は、アルカリ金属の質量換算で好ましくは0.50質量%以下、より好ましくは0.37質量%以下、さらに好ましくは0.28質量%以下、特に好ましくは0.23質量%以下である。カルボン酸のアルカリ金属塩の含有量が0.5質量%を超える場合、導電ペーストを加熱した後の炭素残渣の量が多くなり、得られる焼結体の電気特性等が不十分になるおそれがある。カルボン酸のアルカリ金属塩の含有量(アルカリ金属の質量換算)は、PVAを白金ルツボにて灰化したのち、得られた灰分をICP発光分析により測定して得たアルカリ金属イオン量から求めることができる。
カルボン酸のアルカリ金属塩としては、上述したけん化工程で使用するアルカリ触媒、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラートなどをカルボン酸で中和して得られるもの、また、後述するビニルエステルの重合工程で使用する酢酸ビニルなどの原料ビニルエステルの加アルコール分解を抑制する目的で添加されるカルボン酸が、けん化工程で中和されて得られるもの、ラジカル重合を停止させるために添加する禁止剤として共役二重結合を有するカルボン酸を用いた場合に、当該カルボン酸がけん化工程で中和されて得られるもの、あるいは意図的に添加されたものもなどが含まれる。具体例としては、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、グリセリン酸ナトリウム、グリセリン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酒石酸ナトリウム、酒石酸カリウム、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸カリウム、マロン酸ナトリウム、マロン酸カリウム、コハク酸ナトリウム、コハク酸カリウム、マレイン酸ナトリウム、マレイン酸カリウム、フタル酸ナトリウム、フタル酸カリウム、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、グルタル酸ナトリウム、グルタル酸カリウム、アビエチン酸ナトリウム、アビエチン酸カリウム、ソルビン酸ナトリウム、ソルビン酸カリウム、2,4,6−オクタトリエン−1−カルボン酸ナトリウム、2,4,6−オクタトリエン−1−カルボン酸カリウム、エレオステアリン酸ナトリウム、エレオステアリン酸カリウム、2,4,6,8−デカテトラエン−1−カルボン酸ナトリウム、2,4,6,8−デカテトラエン−1−カルボン酸カリウム、レチノイン酸ナトリウム、レチノイン酸カリウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明において、GPC測定により求められる各値がそれぞれ上述した範囲に入るように調整する方法としては、例えば、以下の方法を用いて製造したPVAをポリビニルアセタールの原料として用いる方法が挙げられる。
A)原料ビニルエステルに含まれるラジカル重合禁止剤を予め取り除いたビニルエステルを重合に用いる。
B)原料ビニルエステル中に含まれる不純物の合計含有量が、好ましくは1〜1200ppm、より好ましくは3〜1100ppm、さらに好ましくは5〜1000ppmであるビニルエステルをラジカル重合に用いる。不純物としては、アセトアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレインなどのアルデヒド;同アルデヒドが溶媒のアルコールによりアセタール化したアセトアルデヒドジメチルアセタール、クロトンアルデヒドジメチルアセタール、アクロレインジメチルアセタールなどのアセタール;アセトンなどのケトン;酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステルなどが挙げられる。
C)アルコール溶媒中にて原料ビニルエステルをラジカル重合し、未反応のビニルエステルを回収再利用する一連の工程にて、アルコールや微量の水分によるビニルエステルの加アルコール分解や加水分解を抑制するために、有機酸、具体的にはグリコール酸、グリセリン酸、リンゴ酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、サリチル酸などのヒドロキシカルボン酸;マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フタル酸、シュウ酸、グルタル酸などの多価カルボン酸などを添加し、分解により生じるアセトアルデヒドなどのアルデヒドの生成を極力抑制する。有機酸の添加量としては、原料ビニルエステルに対して、好ましくは1〜500ppm、より好ましくは3〜300ppm、さらに好ましくは5〜100ppmである。
D)重合に用いる溶媒として、不純物の合計含有量が、好ましくは1〜1200ppm、より好ましくは3〜1100ppm、さらに好ましくは5〜1000ppmであるものを用いる。溶媒中に含まれる不純物としては、原料ビニルエステル中に含まれる不純物として上述したものが挙げられる。
E)ビニルエステルをラジカル重合する際に、ビニルエステルに対する溶媒の比を高める。
F)ビニルエステルをラジカル重合する際に使用するラジカル重合開始剤として、有機過酸化物を用いる。有機過酸化物としては、アセチルパーオキシド、イソブチルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、ジアリルパーオキシジカーボネート、ジn−プロピルパーオキシジカーボネート、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(メトキシイソプロピル)パーオキシジカーボネート、ジ(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートなどが挙げられ、特に、60℃での半減期が10〜110分のパーオキシジカーボネートを用いることが好ましい。
G)ビニルエステルのラジカル重合後に、重合を抑制するために禁止剤を添加する場合、残存する未分解のラジカル重合開始剤に対して5モル当量以下の禁止剤を添加する。禁止剤の種類としては、分子量が1000以下の共役二重結合を有する化合物であって、ラジカルを安定化させて重合反応を阻害する化合物が挙げられる。具体的には、例えば、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジエチル−1,3−ブタジエン、2−t−ブチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ペンタジエン、2,4−ジメチル−1,3−ペンタジエン、3,4−ジメチル−1,3−ペンタジエン、3−エチル−1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、3−メチル−1,3−ペンタジエン、4−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,5−ジメチル−2,4−ヘキサジエン、1,3−オクタジエン、1,3−シクロペンタジエン、1,3−シクロヘキサジエン、1−メトキシ−1,3−ブタジエン、2−メトキシ−1,3−ブタジエン、1−エトキシ−1,3−ブタジエン、2−エトキシ−1,3−ブタジエン、2−ニトロ−1,3−ブタジエン、クロロプレン、1−クロロ−1,3−ブタジエン、1−ブロモ−1,3−ブタジエン、2−ブロモ−1,3−ブタジエン、フルベン、トロポン、オシメン、フェランドレン、ミルセン、ファルネセン、センブレン、ソルビン酸、ソルビン酸エステル、ソルビン酸塩、アビエチン酸等の炭素−炭素二重結合2個の共役構造よりなる共役ジエン;1,3,5−ヘキサトリエン、2,4,6−オクタトリエン−1−カルボン酸、エレオステアリン酸、桐油、コレカルシフェロール等の炭素−炭素二重結合3個の共役構造よりなる共役トリエン;シクロオクタテトラエン、2,4,6,8−デカテトラエン−1−カルボン酸、レチノール、レチノイン酸等の炭素−炭素二重結合4個以上の共役構造よりなる共役ポリエンなどのポリエンが挙げられる。なお、1,3−ペンタジエン、ミルセン、ファルネセンのように、複数の立体異性体を有するものについては、そのいずれを用いても良い。さらに、p−ベンゾキノン、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2−フェニル−1−プロペン、2−フェニル−1−ブテン、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、3,5−ジフェニル−5−メチル−2−ヘプテン、2,4,6−トリフェニル−4,6−ジメチル−1−ヘプテン、3,5,7−トリフェニル−5−エチル−7−メチル−2−ノネン、1,3−ジフェニル−1−ブテン、2,4−ジフェニル−4−メチル−2−ペンテン、3,5−ジフェニル−5−メチル−3−ヘプテン、1,3,5−トリフェニル−1−ヘキセン、2,4,6−トリフェニル−4,6−ジメチル−2−ヘプテン、3,5,7−トリフェニル−5−エチル−7−メチル−3−ノネン、1−フェニル−1,3−ブタジエン、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン等の芳香族系化合物が挙げられる。
H)残存するビニルエステルが極力除去されたポリビニルエステルのアルコール溶液をけん化反応に用いる。好ましくは残存モノマーの除去率99%以上、より好ましくは99.5%以上、更に好ましくは99.8%以上のものを用いる。
A)〜H)を適宜組み合わせて製造したPVAをアセタール化して本発明におけるポリビニルアセタールを得ることが好ましい。
PVAのアセタール化は、例えば次のような反応条件で行うことができるが、これに限定されない。80〜100℃に加熱してPVAを水に溶解させた後、10〜60分かけて徐々に冷却することにより、PVAの3〜40質量%水溶液を得る。温度が−10〜30℃まで低下したところで、前記水溶液にアルデヒドおよび酸触媒を添加し、温度を一定に保ちながら、30〜300分間アセタール化反応を行う。その際、一定のアセタール化度に達したポリビニルアセタールが析出する。その後反応液を30〜300分かけて25〜80℃まで昇温し、その温度を10分〜24時間保持する(この温度を追い込み時反応温度とする)。次に反応溶液に、必要に応じてアルカリなどの中和剤を添加して酸触媒を中和し、水洗、乾燥することにより、ポリビニルアセタールが得られる。
一般的に、このような反応や処理の工程においてポリビニルアセタールからなる凝集粒子が生じ、粗粒子を形成しやすい。このような粗粒子が生じた場合には、バッチ間のばらつきの原因になるおそれがある。それに対して、上述した所定の方法を用いて製造したPVAを原料とした場合、従来品より粗粒子の生成が抑制される。
アセタール化反応に用いる酸触媒としては特に限定されず、有機酸および無機酸のいずれでも使用可能である。例えば、酢酸、パラトルエンスルホン酸、硝酸、硫酸、塩酸等が挙げられる。これらの中でも塩酸、硫酸、硝酸が好ましく用いられる。また一般には、硝酸を用いた場合は、アセタール化反応の反応速度が速くなり、生産性の向上が望める一方、得られるポリビニルアセタールの粒子が粗大になりやすく、バッチ間のばらつきが大きくなる傾向がある。それに対して、上述した所定の方法を用いて製造したPVAを原料とした場合、粗粒子の生成が抑制される。
本発明において、アセタール化反応に用いるアルデヒドは特に限定されないが、公知の炭化水素基を有するアルデヒドおよびそのアルキルアセタールが挙げられる。該炭化水素基を有するアルデヒドの中で、脂肪族アルデヒドおよびそのアルキルアセタールとしては、ホルムアルデヒド(パラホルムアルデヒドを含む)、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、2−エチルブチルアルデヒド、ピバルアルデヒド、オクチルアルデヒド、2−エチルヘキシルアルデヒド、ノニルアルデヒド、デシルアルデヒド、ドデシルアルデヒド等が、脂環族アルデヒドおよびそのアルキルアセタールとしては、シクロペンタンアルデヒド、メチルシクロペンタンアルデヒド、ジメチルシクロペンタンアルデヒド、シクロヘキサンアルデヒド、メチルシクロヘキサンアルデヒド、ジメチルシクロヘキサンアルデヒド、シクロヘキサンアセトアルデヒド等が、環式不飽和アルデヒドおよびそのアルキルアセタールとしては、シクロペンテンアルデヒド、シクロヘキセンアルデヒド等が、芳香族あるいは不飽和結合含有アルデヒドおよびそのアルキルアセタールとしては、ベンズアルデヒド、メチルベンズアルデヒド、ジメチルベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、フェニルプロピルアルデヒド、クミンアルデヒド、ナフチルアルデヒド、アントラアルデヒド、シンナムアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレインアルデヒド、7−オクテン−1−アール等が、複素環アルデヒドおよびそのアルキルアセタールとしては、フルフラールアルデヒド、メチルフルフラールアルデヒド等が挙げられる。これらのアルデヒドの中で、炭素数1〜8のアルデヒドが好ましく、炭素数4〜6のアルデヒドがより好ましく、n−ブチルアルデヒドが特に好ましく用いられる。本発明においては、アルデヒドを2種類以上併用して得られるポリビニルアセタールを使用することもできる。
本発明においては、ポリビニルアルコール樹脂(原料PVA)をアセタール化するために用いられるアルデヒドとして、アミド基、アミノ基、エステル基、カルボニル基、ビニル基から選ばれる官能基を有するアルデヒドまたはそのアルキルアセタールを用いてもよい。中でも、アミノ基を官能基として有するアルデヒドが好ましい。
アミノ基を官能基として有するアルデヒドとしては、アミノアセトアルデヒド、ジメチルアミノアセトアルデヒド、ジエチルアミノアセトアルデヒド、アミノプロピオンアルデヒド、ジメチルアミノプロピオンアルデヒド、アミノブチルアルデヒド、アミノペンチルアルデヒド、アミノベンズアルデヒド、ジメチルアミノベンズアルデヒド、エチルメチルアミノベンズアルデヒド、ジエチルアミノベンズアルデヒド、ピロリジルアセトアルデヒド、ピペリジルアセトアルデヒド、ピリジルアセトアルデヒドなどが挙げられ、アミノブチルアルデヒドが生産性の観点から好ましい。
ビニル基を官能基として有するアルデヒドとしてはアクロレイン等が挙げられる。
カルボニル基を官能基として有するアルデヒドとしては、グリオキシル酸およびその金属塩あるいはアンモニウム塩、2−ホルミル酢酸およびその金属塩あるいはアンモニウム塩、3−ホルミルプロピオン酸およびその金属塩あるいはアンモニウム塩、5−ホルミルペンタン酸およびその金属塩あるいはアンモニウム塩、4−ホルミルフェノキシ酢酸およびその金属塩あるいはアンモニウム塩、2−カルボキシベンズアルデヒドおよびその金属塩あるいはアンモニウム塩、4−カルボキシベンズアルデヒドおよびその金属塩あるいはアンモニウム塩、2,4−ジカルボキシベンズアルデヒドおよびその金属塩あるいはアンモニウム塩などが挙げられる。
エステル基を官能基として有するアルデヒドとしては、グリオキシル酸メチル、グリオキシル酸エチル、ホルミル酢酸メチル、ホルミル酢酸エチル、3-ホルミルプロピオン酸メチル、3-ホルミルプロピオン酸エチル、5-ホルミルペンタン酸メチル、5-ホルミルペンタン酸エチルなどが挙げられる。
また、本発明の特性を損なわない範囲で、複素環アルデヒドおよびそのアルキルアセタール、水酸基を有するアルデヒド、スルホン酸基を有するアルデヒド、リン酸基を有するアルデヒド、シアノ基、ニトロ基または4級アンモニウム塩などを有するアルデヒド、ハロゲン原子を有するアルデヒドなどを使用してもよい。
こうして得られるポリビニルアセタールを含有する本発明のバインダーはセラミック成形用バインダーとして有用である。当該バインダーはセラミックスラリーなどに好適に用いられる。当該バインダーを用いて得られるセラミックスラリーはセラミック粉体の分散性に優れており、なおかつ保存安定性にも優れる。このようなセラミックスラリーを成形して得られるセラミックグリーンシートは表面の平滑性に優れる。また、本発明のセラミック成形用バインダーを用いれば、シート強度にも優れたセラミックグリーンシートが得られる。さらに、本発明のバインダーは焼成後の炭素残渣の量が少ない。したがって、本発明のバインダーを用いれば、炭素残渣の量が少なく、高性能なセラミック成形品が得られる。
本発明のセラミック成形用のバインダーは、本発明の主旨に反しない限り、接着性改良剤、可塑剤、その他従来公知の添加剤を含んでいても良い。
本発明のセラミック成形用のバインダーに含有される可塑剤としては、後述するセラミックスラリーの製造に用いられる可塑剤を用いることができる。
本発明のセラミック成形用のバインダーに含有される前記ポリビニルアセタール以外の成分の含有量は、50質量%未満であり、20質量%未満が好ましく、10質量%未満がより好ましく、当該成分を実質的に含まないことがさらに好ましい。
本発明のセラミック成形用のバインダーの使用量は、セラミックグリーンシートの使用目的によって異なるためこれを一概に規定することはできないが、セラミック粉体100質量部に対して通常3〜20質量部、好ましくは5〜15質量部である。
本発明のセラミック成形用のバインダーを用いてセラミック粉体を成形するに際して、本発明のセラミック成形用のバインダー、有機溶剤及びセラミック粉体を含有するセラミックスラリーを用いることが好ましい。セラミック粉体を成形する好適な方法として、前記セラミックスラリーをブレードコーターなどを用いてキャリアーフィルム上に塗布し、乾燥させた後、キャリアーフィルムから離型することでセラミックグリーンシートを得る、いわゆるシート成形法が挙げられる。
前記セラミックスラリーにおける前記ポリビニルアセタールの含有量は特に限定されないが、セラミック粉体100質量部に対して3〜20質量部が好ましく、5〜15質量部がより好ましい。
前記セラミック粉体としては、セラミックの製造に使用される金属または非金属の酸化物もしくは非酸化物の粉末が挙げられる。その具体例として、Li、K、Mg、B、Al、Si、Cu、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Ga、In、Y、ランタノイド、アクチノイド、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Co、Ni等の酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、硫化物等が挙げられる。また、通常複酸化物と称される複数の金属元素を含む酸化物粉末の具体例を結晶構造から分類すると、ペロブスカイト型構造をとるものとしてNaNbO、SrZrO、PbZrO、SrTiO、BaZrO、PbTiO、BaTiO等が、スピネル型構造をとるものとしてMgAl、ZnAl、CoAl、NiAl、MgFe等が、イルメナイト型構造をとるものとしてMgTiO、MnTiO、FeTiO等が、ガーネット型構造をとるものとしてGdGa12、YFe12等が挙げられる。これらのセラミック粉体は、単独で用いても、あるいは2種類以上の混合物として用いてもよい。
前記セラミックスラリーに含有される有機溶剤は特に限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、ブタノール等のアルコール;メチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等のセルソルブ;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン系炭化水素などが挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
前記セラミックスラリーにおける有機溶剤の含有量は特に限定されないが、セラミック粉体100質量部に対して2〜200質量部が好ましい。有機溶剤の含有量が2質量部未満の場合、セラミックグリーンシート用スラリー組成物の粘度が高くなりすぎて混練性が低下する傾向にある。当該含有量は5質量部以上がより好ましく、10質量部以上がさらに好ましい。一方、セラミック粉体の含有量が200質量部を超える場合、粘度が低くなりすぎてセラミックグリーンシートを形成する際のハンドリング性が悪くなる傾向にある。当該含有量は、170質量部以下がより好ましく、150質量部以下がさらに好ましい。
前記セラミックスラリーは可塑剤を含有することが好ましい。当該可塑剤は、本発明の効果を損なわず、なおかつポリビニルアセタールとの相溶性に問題がなければ特に制限はない。前記可塑剤としては、本発明の効果を損なわず、ポリビニルアセタールとの相溶性に問題がなければ特に制限はない。可塑剤として、両末端に水酸基を有するオリゴアルキレングリコールとカルボン酸とのモノまたはジエステル、ジカルボン酸とアルコールとのジエステルなどを用いることができる。これらは単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。具体的には、トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、テトラエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、トリエチレングリコール−ジ−n−ヘプタノエート、テトラエチレングリコール−ジ−n−ヘプタノエート等のトリまたはテトラエチレングリコールなどの両末端に水酸基を有するオリゴアルキレングリコールとカルボン酸とのモノまたはジエステル;ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジペート、ジブチルアジペート等のジカルボン酸とアルコールとのジエステルが挙げられる。
前記可塑剤を添加する場合、セラミックスラリー中において、前記ポリビニルアセタールに対する前記可塑剤の質量比(可塑剤/ポリビニルアセタール)が0.01〜2であることが好ましく、0.05〜1.5であることがより好ましい。なお、当該含有量は、予め本発明のバインダー中に含有されていた可塑剤も含んだ量である。
前記セラミックスラリーは、有機溶剤、セラミック粉体、および前記ポリビニルアセタールのほかに、必要に応じて、解膠剤、密着促進剤、分散剤、粘着付与剤、保存安定剤、消泡剤、熱分解促進剤、酸化防止剤、界面活性剤、滑剤などの他の添加剤を含有してもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、前記ポリビニルアセタール以外の樹脂を含有していてもかまわない。このような他の添加剤及び他の樹脂の合計量は、50質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。
前記セラミックスラリーを作製する方法は特に限定されない。例えば、以下の方法により製造できる。有機溶剤に本発明のセラミック成形用バインダーを溶解させ、当該溶液に必要に応じて可塑剤等の添加剤を添加した後、攪拌して均一なビヒクルを製造する。当該ビヒクルにセラミック粉体を添加した後、均一に分散させてセラミックスラリーを得る。分散させる方法としては、ビーズミル、ボールミル、アトライタ、ペイントシェーカー、サンドミルなどの媒体型分散機を用いる方法、固練り法、三本ロールを用いる方法など、種々の方法を用いることができる。なお、その際に分散剤として、カルボン酸基、マレイン酸基、スルホン酸基、リン酸基等を分子内に有するアニオン系分散剤を用いてもよく、とくに金属イオンを含有しないアニオン系分散剤が好適に用いられる。
本発明の好適な実施態様は、上記セラミックスラリーを用いて得られるセラミックグリーンシートである。本発明のセラミックスラリーを用いることにより、表面光沢度の高いセラミックグリーンシートを得ることができる。本発明のセラミック成形用バインダーを用いて、セラミック粉体を成形することにより得られるセラミックグリーンシートは、各種電子部品の材料として好適に使用される。とりわけチップタイプの積層型コンデンサー、およびICチップの回路基板などの材料として好適に使用される。これらは、セラミックグリーンシート上に電極を形成し、積み重ねて圧着した後、焼成することにより製造される。
セラミックグリーンシートの製造方法は特に限定されない。製造方法としては、片面離型処理を施した支持フィルム上にセラミックスラリーを塗工した後、有機溶剤を乾燥させてシート状に成形する方法を挙げることができる。セラミックスラリーの塗工には、ロールコーター、ブレードコーター、ダイコーター、スクイズコーター、カーテンコーター等を用いることができる。
セラミックグリーンシートを製造する際に用いる支持フィルムとして、耐熱性及び耐溶剤性を有し、なおかつ可撓性を有する樹脂からなるものが好ましい。上記支持フィルムが可撓性を有する樹脂からなることにより、当該支持フィルム上に前記セラミックスラリーを塗工することができる。そして、得られるセラミックグリーンシート形成フィルムをロール状に巻回した状態で保存し、必要に応じて供給することができる。
上記支持フィルムを構成する樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリフロロエチレン等の含フッ素樹脂、ナイロン、セルロース等が挙げられる。上記支持フィルムの厚みは特に限定されず、20〜100μmの厚みであることが好ましい。また、上記支持フィルムの表面には離型処理が施されていることが好ましい。上記支持フィルムの表面に離型処理が施されていることにより、転写工程において、上記支持フィルムの剥離操作を容易に行うことができる。支持フィルムの好ましい具体例としては、シリコーンコートPETフィルムが挙げられる。
セラミックグリーンシートの厚みは、その使用目的によって異なるため、一概に規定することができないが、通常0.1〜300μmの範囲である。また、キャリアーフィルム上に形成された塗膜を乾燥する際の乾燥温度は、セラミックグリーンシートの厚みなどによって異なるためこれを一概に規定することはできないが、概ね25〜200℃の範囲である。
上記ポリビニルアセタールを含有する本発明のバインダーは導電ペースト用バインダーとして有用である。
前記ポリビニルアセタールを含む導電ペースト用のバインダーには、発明の効果が損なわれない範囲で前記ポリビニルアセタール以外の重合体を併用してもよい。例えば、アクリル系重合体、セルロース系重合体などが挙げられ、特にエチルセルロースが好ましい。本発明の導電ペースト用バインダー中の前記ポリビニルアセタール以外の重合体の含有量は、50質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、実質的に含まないことがさらに好ましい。
本発明の導電ペースト用のバインダー中の前記ポリビニルアセタールの含有量は、50質量%以上であり、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
本発明の導電ペースト用のバインダーは、本発明の主旨に反しない限り、接着性改良剤、可塑剤、その他従来公知の添加剤を含んでいても良い。前記ポリビニルアセタール以外の成分の含有量は、50質量%以下であり、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、実質的に含まないことがさらに好ましい。
本発明の好適な実施態様は、上記導電ペースト用のバインダー、金属粉末及び有機溶剤を含有する導電ペーストである。金属粉末としては、例えば、ニッケル、パラジウム、白金、金、銀、銅等の導電性の高い金属の粉末の他、これら金属の合金の粉末が使用される。これらは単独、または2種類以上を組み合わせて用いてもかまわない。上記有機溶剤としては、ポリビニルアセタールを溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、ジヒドロターピニルアセテート;α−テルピネオール;ブチルカルビトール等のカルビトール;ブチルセロソルブ等のセロソルブ等が挙げられる。導電ペーストに含有される有機溶剤は、沸点が150℃以上であるものが好ましい。沸点が150℃未満の場合、例えば、導電ペーストを用いてスクリーン印刷を行う場合、印刷中に有機溶剤が揮発することにより、導電ペーストの粘度が高まり、印刷不良の原因となることがある。
前記導電ペーストにおける前記ポリビニルアセタールの含有量は特に限定されないが、金属粉末100質量部に対して1〜50質量部が好ましい。導電ペーストにおける前記ポリビニルアセタールの含有量がこのような範囲であると、低温で焼結した場合であっても脱脂され易い。当該含有量が1質量部未満の場合、導電ペーストを印刷したときの成膜性が不十分となるおそれがある。当該含有量は3質量部以上がより好ましい。一方、当該含有量が50質量部を超える場合、得られる焼結体中の炭素残渣の量が多くなるおそれがある。当該含有量は、25質量部以下がより好ましい。
前記導電ペーストにおける有機溶剤の含有量は特に限定されないが、金属粉末100質量部に対して5〜600質量部が好ましい。導電ペーストにおける有機溶剤の含有量をこのような範囲を外れると、導電ペーストの塗工性が低下したり、金属粉末を分散させることが困難となったりすることがある。
前記導電ペーストは、有機溶剤、金属粉末、および前記ポリビニルアセタールのほかに、必要に応じて、解膠剤、可塑剤、密着促進剤、分散剤、粘着付与剤、保存安定剤、消泡剤、熱分解促進剤、酸化防止剤、界面活性剤、滑剤などの他の添加剤を含有してもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、前記ポリビニルアセタール以外の樹脂を含有していてもかまわない。このような他の添加剤及び他の樹脂の合計量は、50質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。
上記可塑剤は、本発明の効果を損なわず、なおかつポリビニルアセタールとの相溶性に問題がなければ特に制限はない。前記可塑剤としては、本発明の効果を損なわず、ポリビニルアセタールとの相溶性に問題がなければ特に制限はない。可塑剤としては上記した可塑剤が挙げられる。
前記密着促進剤は特に限定されないが、アミノシラン系シランカップリング剤を用いることが好ましい。上記アミノシラン系シランカップリング剤は特に限定されず、例えば、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。上記密着促進剤として、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のグリシジルシラン系シランカップリング剤、ジメチルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等のその他のシランカップリング剤を用いることもできる。これらの密着促進剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記導電ペーストを作製する方法は特に限定されない。例えば、以下の方法により製造できる。製造方法としては、導電ペースト用バインダー、金属粉末及び有機溶剤をブレンダーミル、ボールミル、3本ロール等の各種混合機を用いて混合する方法を挙げることができる。
本発明の導電ペースト用のバインダーは、金属粉体の分散性に優れており、当該バインダーを用いて得られた導電ペーストは保存安定性に優れている。セラミックグリーンシート表面に印刷する際の印刷適正に優れて、印刷表面が平滑になる。当該導電ペーストを用いることにより、炭素残渣の量が少ない焼結体が得られる。
本発明の好適な実施態様は、上述したセラミックスラリーを用いて得られるセラミックグリーンシートである。セラミックグリーンシートの製造において、セラミックグリーンシート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることが好ましい。こうして得られたセラミックグリーンシートも本発明の好適な実施態様である。セラミックグリーンシート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施し、大気圧プラズマ処理された面と、他のセラミックグリーンシートの表面とが接するように積層する。こうして得られた積層体は、表面に大気圧プラズマ処理を施さなかったセラミックグリーンシートを用いて積層体を作製した場合と比べて、良好な接着性を有していた。このとき、他のセラミックグリーンシートの表面は、大気圧プラズマ処理が施されていてもかまわない。
また、本発明の好適な実施態様は、セラミックグリーンシートの表面に上述した導電ペーストが塗工されてなる塗工シートである。塗工シートの製造において、塗工シート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることが好ましい。
塗工シートにおいて導電ペーストが塗工された面に大気圧プラズマ処理を施し、大気圧プラズマ処理された面と、他の塗工シートの表面とが接するように積層する。こうして得られた積層体は、表面に大気圧プラズマ処理を施さなかった塗工シートを用いて積層体を作製した場合と比べて、良好な接着性を示した。このとき、他の塗工シートの表面は、大気圧プラズマ処理が施されていてもかまわない。
ここで、塗工シートにおいて大気圧プラズマ処理を施す面は、導電ペーストが塗工された面(導電ペースト面)でもよいし、セラミックグリーンシート面でもよいし、塗工シートの両面でもよい。塗工シートを複数枚積み重ねて積層セラミックコンデンサを製造する場合、導電ペースト面に大気圧プラズマ処理を施し、この面と他の塗工シートにおけるセラミックグリーンシート面とが接するように積層する。このとき、他の塗工シートにおけるセラミックグリーンシート面は、大気圧プラズマ処理が施されていてもかまわない。こうして得られる積層体は良好な接着性を示す。また、セラミックグリーンシート面に大気圧プラズマ処理を施し、この面と他の塗工シートにおける導電ペースト面とが接するように積層する。このとき、他の塗工シートにおける導電ペースト面は、大気圧プラズマ処理が施されていてもかまわない。こうして得られる積層体も良好な接着性を示す。さらに、塗工シートの両面に大気圧プラズマ処理を施し、これらの面と他の塗工シートにおけるセラミックグリーンシート面又は導電ペースト面とが接するように積層する。こうして得られる積層体も良好な接着性を示す。このとき、他の塗工シートにおけるセラミックグリーンシート面又は導電ペースト面は、大気圧プラズマ処理が施されていてもかまわない。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例において「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。「重合度」は「粘度平均重合度」を意味する。
[ポリ酢酸ビニルの合成]
PVAc−1
撹拌機、温度計、窒素導入チューブ、還流管を備え付けた6Lセパラブルフラスコに、あらかじめ脱酸素し、アセトアルデヒド(AA)を500ppm、アセトアルデヒドジメチルアセタール(DMA)を50ppm含有する酢酸ビニル(VAM)2555g;アセトアルデヒドジメチルアセタールを50ppm含有し、アセトアルデヒドの含有量が1ppm未満であるメタノール(MeOH)945g;酢酸ビニル中の酒石酸の含有量が20ppmとなる量の酒石酸1%メタノール溶液を仕込んだ。前記フラスコ内に窒素を吹き込みながら、フラスコ内の温度を60℃に調整した。なお、還流管には−10℃のエチレングリコール/水溶液を循環させた。ジn−プロピルパーオキシジカーボネートの0.55質量%メタノール溶液を調製し、18.6mLを前記フラスコ内に添加し重合を開始した。このときのジn−プロピルパーオキシジカーボネートの添加量は0.081gであった。ジn−プロピルパーオキシジカーボネートのメタノール溶液を20.9mL/時間の速度で重合終了まで逐次添加した。重合中、フラスコ内の温度を60℃に保った。重合開始から4時間後、重合液の固形分濃度が25.1%となった時点で、ソルビン酸を0.0141g(重合液中に未分解で残存するジn−プロピルパーオキシジカーボネートの3モル当量に相当する)含有するメタノールを1200g添加した後、重合液を冷却し重合を停止した。重合停止時の酢酸ビニルの重合率は35.0%であった。重合液を室温まで冷却した後、水流アスピレータを用いてフラスコ内を減圧することにより、酢酸ビニルおよびメタノールを留去し、ポリ酢酸ビニルを析出させた。析出したポリ酢酸ビニルにメタノールを3000g添加し、30℃で加温しつつポリ酢酸ビニルを溶解させた後、再び水流アスピレータを用いてフラスコ内を減圧することにより、酢酸ビニルおよびメタノールを留去してポリ酢酸ビニルを析出させた。ポリ酢酸ビニルをメタノールに溶解させた後、析出させる操作をさらに2回繰り返した。析出したポリ酢酸ビニルにメタノールを添加し、酢酸ビニルの除去率99.8%のポリ酢酸ビニル(PVAc−1)の40質量%のメタノール溶液を得た。
得られたPVAc−1のメタノール溶液の一部を用いて重合度を測定した。PVAc−1のメタノール溶液に、ポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単量体単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が、0.1となるように水酸化ナトリウムの10%メタノール溶液を添加した。ゲル化物が生成した時点でゲルを粉砕し、メタノールでソックスレー抽出を3日間行った。得られたポリビニルアルコールを乾燥し、粘度平均重合度測定に供した。重合度は1700であった。
PVAc−2〜PVAc−20
表1に記載した条件に変更したこと以外は、PVAc−1と同様の方法により、ポリ酢酸ビニル(PVAc−2〜20)を得た。なお、表1中の「ND」は1ppm未満を意味する。得られた各ポリ酢酸ビニルの重合度をPVAc−1と同様にして求めた。その結果を表1に示す。
Figure 0005900706
PVAc−A〜H
表2に記載した条件に変更したこと以外は、PVAc−1と同様の方法により、ポリ酢酸ビニルPVAc−A〜Hを得た。各コモノマーの変性量はDMSO−dあるいはCDClに溶解したサンプルを500MHzのプロトンNMR測定装置(JEOL GX−500)を用いて求めた。
Figure 0005900706
[ポリビニルアルコールの合成]
PVA−1
PVAc−1の40質量%のメタノール溶液に対して、総固形分濃度(けん化濃度)が30質量%となり、且つポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単量体単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.02となるようにメタノール、および、水酸化ナトリウムの8%メタノール溶液を撹拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。けん化反応の進行に伴ってゲル化物が生成した時点でゲルを粉砕し、粉砕後のゲルを40℃の容器に移し、けん化反応の開始から60分経過した時点で、メタノール/酢酸メチル/水(25/70/5質量比)の溶液に浸漬し、中和処理した。得られた膨潤ゲルを遠心分離し、膨潤ゲルの質量に対して、2倍の質量のメタノールを添加、浸漬し30分間放置した後、遠心分離する操作を4回繰り返し、60℃で1時間乾燥した後、100℃で2時間乾燥してPVA−1を得た。
PVA−1の重合度およびけん化度を、JIS−K6726に記載の方法により求めた。重合度は1700、けん化度は99.1モル%であった。これらの物性データを表3にも示す。
PVA−1を灰化した後に、ジャーレルアッシュ社製ICP発光分析装置「IRIS AP」を用いて、得られた灰分中のナトリウム量を測定することによりPVA−1の酢酸ナトリウム含有量を求めた。酢酸ナトリウムの含有量は0.7%(ナトリウム換算で0.20%)であった。これらの物性データを表3にも示す。
PVA−2〜23、比較PVA−1〜21、比較PVA−24〜29
表3及び表4に示す条件に変更したこと以外はPVA−1と同様にして各PVAを合成した。得られたPVAの重合度、けん化度及び酢酸ナトリウムの含有量(ナトリウムの質量換算)をPVA−1と同様にして測定した。それらの結果を表3及び4に示す。
比較PVA−22
PVAc−3のポリ酢酸ビニルの55質量%のメタノール溶液に対して、総固形分濃度(けん化濃度)が40質量%となるように、メタノールおよびポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単量体単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.005となるように水酸化ナトリウムの8%メタノール溶液を撹拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。なお、この際の系内の水分率を3.0%となるよう蒸留水を添加してけん化反応を行った。水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してから1時間後、1%酢酸水を水酸化ナトリウムの0.8モル等量および多量の蒸留水を添加し、けん化反応を停止した。得られた溶液を乾燥機に移し、65℃で12時間乾燥した後、100℃で2時間乾燥して比較PVA−22を得た。
比較PVA−22の重合度、けん化度及び酢酸ナトリウムの含有量をPVA−1と同様にして測定した。重合度は300、けん化度は45.3モル%、酢酸ナトリウム含有量1.2%(ナトリウム換算で0.34%)であった。それらの結果を表4に示す。
比較PVA−23
PVAc−3のポリ酢酸ビニルの55質量%のメタノール溶液に対して、総固形分濃度(けん化濃度)が40質量%となるように、メタノールおよびポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単量体単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.005となるように水酸化ナトリウムの8%メタノール溶液を撹拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。なお、この際の系内の水分率を1.2%となるよう蒸留水を添加してけん化反応を行った。水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してから1時間後、1%酢酸水を水酸化ナトリウムの0.8モル等量および多量の蒸留水を添加し、けん化反応を停止した。得られた溶液を乾燥機に移し、65℃で12時間乾燥した後、100℃で2時間乾燥して比較PVA−23を得た。
比較PVA−23の重合度、けん化度及び酢酸ナトリウムの含有量をPVA−1と同様にして測定した。重合度は300、けん化度は60.2モル%、酢酸ナトリウム含有量1.3%(ナトリウム換算で0.36%)であった。それらの結果を表4に示す。
Figure 0005900706
Figure 0005900706
PVA−A1〜G、比較PVA−H1,H2
表5に示す条件に変更した以外はPVA−1と同様にして各PVAを合成した。得られたPVAの重合度、けん化度および酢酸ナトリウムの含有量(ナトリウムの質量換算)をPVA−1と同様にして測定した。それらの結果を表5に示す。
[PVAの分析方法]
PVAの分析は、特に断らない限りJIS−K6726に記載の方法にしたがって行った。PVAに含まれるN−ビニルアミド単量体単位、アクリルアミド単量体単位の含有量は、DMSO−dに溶解したサンプルを500MHzのプロトンNMR測定装置(JEOL GX−500)を用いて求めた。
Figure 0005900706
実施例1
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100gとPVA−1を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、10℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド384gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を150分間行った。その後60分かけて60℃まで昇温し、60℃にて120分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラール(PVB−1)を得た。
(ポリビニルブチラールの組成)
ポリビニルブチラールのブチラール化度(アセタール化度)、酢酸ビニル単量体単位の含有量、及びビニルアルコール単量体単位の含有量はJIS K6728に従って測定した。得られたポリビニルブチラールのブチラール化度(アセタール化度)は68.2モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は0.9モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.9モル%であった。結果を表6にも示す。
[ビニルアセタール系重合体の分析方法]
ポリビニルブチラールのブチラール化度(アセタール化度)、酢酸ビニル単量体単位の含有量、及びビニルアルコール単量体単位の含有量はJIS K6728に従って測定した。ビニルアセタール系重合体中のアミノアセタールの変性量は、DMSO−dに溶解したサンプルを500MHzのプロトンNMR測定装置(JEOL GX−500)を用いて求めた。
[PVBのGPC測定]
(測定装置)
VISCOTECH製「GPCmax」を用いてGPC測定を行った。示差屈折率検出器としてVISCOTECH製「TDA305」を用いた。紫外可視吸光光度検出器としてVISCOTECH製「UV Detector2600」を用いた。当該吸光光度検出器の検出用セルの光路長は10mmである。GPCカラムには昭和電工株式会社製「GPC HFIP−806M」を用いた。また、解析ソフトには、装置付属のOmniSEC(Version 4.7.0.406)を用いた。
(測定条件)
移動相には、20mmol/lトリフルオロ酢酸ナトリウム含有HFIPを用いた。移動相の流速は1.0ml/分とした。試料注入量は100μlとし、GPCカラム温度40℃にて測定した。
なお、粘度平均重合度が2400を超える試料は、適宜希釈した試料(100μl)を用いてGPC測定を行った。実測値から下記式により、試料濃度が1.00mg/mlの場合における吸光度を算出した。α(mg/ml)は希釈された試料の濃度である。

試料濃度1.00mg/mlにおける吸光度=(1.00/α)×吸光度の測定値
(検量線の作成)
標品として、Agilent Technologies製のポリメタクリル酸メチル(以下「PMMA」と略記する)(ピークトップ分子量:1944000、790000、467400、271400、144000、79250、35300、13300、7100、1960、1020、690)を測定し、示差屈折率検出器および吸光光度検出器のそれぞれについて、溶出容量をPMMA分子量に換算するための検量線を作成した。各検量線の作成には、前記解析ソフトを用いた。なお、本測定においてはPMMAの測定において、1944000と271400の両分子量の標準試料同士のピークが分離できる状態のカラムを用いた。
なお、本装置においては、示差屈折率検出器から得られるピーク強度はmV(ミリボルト)で、吸光光度検出器から得られるピーク強度は吸光度(abs unit:アブソーバンスユニット)で表される。
(試料の準備)
得られた粉末状のPVB−1を、圧力2MPa、230℃にて、3時間熱プレスすることにより、加熱されたポリビニルアセタール(フィルム)を得た。このときのフィルムの厚みは、760μmであった。これをGPC測定に供した。
上述の方法により準備された試料を20mmol/lトリフルオロ酢酸ナトリウム含有ヘキサフルオロイソプロパノール(以後「HFIP」と略記する)に溶解し、PVBの1.00mg/ml溶液を調製した。当該溶液を0.45μmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、測定に用いた。
得られた試料を上記方法によりGPC測定した。図1は、分子量と示差屈折率検出器で測定された値との関係、及び分子量と吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定された吸光度との関係を示したグラフである。このときの分子量は、溶出容量から検量線を用いて換算されたもの(PMMA換算分子量)である。図1から求めた示差屈折率検出器で測定されたピークトップ分子量(A)は90000であり、吸光光度検出器(280nm)で測定されたピークトップ分子量(B)は68900であった。
得られた値を下記式
(A−B)/A
に代入して得られた値は0.23であった。ピークトップ分子量(B)における吸光度(b)は2.21×10−3であった。図1中の、クロマトグラム(RI)から求めた数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比Mw/Mnは3.4であった。これらの結果を表6にも示す。
[セラミックスラリーの製造]
得られたポリビニルブチラール15質量部を、トルエン30質量部とエタノール30質量部との混合溶剤に加えた後、攪拌してポリビニルブチラールを溶解させた。当該溶液に、可塑剤としてジオクチルフタレート3質量部を加えた後、攪拌して可塑剤を溶解させた。得られた樹脂溶液に、セラミック粉体としてチタン酸バリウム(「BT−02」、堺化学工業社製、平均粒子径0.2μm)100質量部を加え、ボールミルで24時間混合してセラミックスラリーを得た。
[導電ペーストの製造]
攪拌機、冷却器、温度計、湯浴及び窒素ガス導入口を備えた2Lセパラプルフラスコに、得られたPVB−1と、有機溶剤としてジヒドロターピニルアセテートとを加え、80℃の温度で4時間攪拌してポリビニルアセタール樹脂溶液を得た。得られたポリビニルアセタール樹脂溶液とニッケル粉(「NFP201」、JFEミネラル社製)とを混合し、三本ロールに数回通して導電ペーストを得た。なお、導電ペースト中の組成比率は、PVB−1が3質量%、ジヒドロターピニルアセテートが42質量%及びニッケル粉が55質量%となるように調整した。
[セラミック成形用バインダーの評価]
(セラミックスラリーの保存安定性)
得られたセラミックスラリーの保存安定性を、当該セラミックスラリーの製造直後の粘度ηと製造後1ヶ月の粘度ηとの比率によって評価した。評価基準は以下のとおりである。
評価A:0.95<η/η<1.05
評価B:0.85<η/η≦0.95 あるいは、1.05≦η/η<1.15
評価C:η/η≦0.85 あるいは、1.15≦η/η
セラミックスラリーの粘度は、回転レオメータ(TA INSTRUMENT社製;ARES G2)を用いて、以下の測定条件で測定した。
<測定条件>
FLOW SWEEPモード
shear rate:100(1/sec)
回転する円盤の直径:40mm
回転する円盤(上側):平板
回転する円盤(下側)のコーンアングル:0.02rad
Truncation gap:0.0262mm
(セラミックグリーンシートの炭素残渣の量)
得られたセラミックスラリーを、離型処理したポリエステルフィルム上に、乾燥後の厚みが約10μmとなるように塗工し、常温で1時間風乾後、熱風乾燥機を用いて80℃の温度で3時間、続いて120℃の温度で2時間乾燥させて、セラミックグリーンシートを得た。
セラミックグリーンシートの炭素残渣量の評価には、TA INSTRUMENTS社製Q5000IRを用いた。白金パン中でセラミックグリーンシートに熱を加え、樹脂部分の残渣比率を測定することによって評価した。評価基準は以下のとおりである。
評価A:樹脂部分の残渣≦0.02wt%
評価B:0.02wt%<樹脂部分の残渣≦0.05wt%
評価C:0.05wt%<樹脂部分の残渣≦0.10wt%
<測定条件>
昇温速度:10℃/分
雰囲気:空気中
測定開始温度:30℃
測定終了温度:1000℃
[導電ペースト用バインダーの評価]
(導電ペーストの保存安定性)
得られた導電ペーストの保存安定性は、導電ペーストの製造直後の粘度ηと製造後1ヶ月の粘度ηとの比率によって評価した。評価基準は以下のとおりである。
評価A:0.95<η/η<1.05
評価B:0.85<η/η≦0.95 あるいは、1.05≦η/η<1.15
評価C:η/η≦0.85 あるいは、1.15≦η/η
導電ペーストの粘度は、回転レオメータ(TA INSTRUMENT社製;ARES G2)を用いて、以下の測定条件で測定した。
<測定条件>
FLOW SWEEPモード
shear rate:100(1/sec)
回転する円盤の直径:40mm
回転する円盤(上側):平板
回転する円盤(下側)のコーンアングル:0.02rad
Truncation gap:0.0262mm
(導電ペーストの炭素残渣)
導電ペーストの炭素残渣は、TA INSTRUMENTS社製Q5000IRを用いて、白金パン中で熱を加え、樹脂部分の残渣比率を測定することによって評価した。評価基準は以下のとおりである。
評価A:樹脂部分の残渣≦0.02wt%
評価B:0.02wt%<樹脂部分の残渣≦0.05wt%
評価C:0.05wt%<樹脂部分の残渣≦0.10wt%
<測定条件>
昇温速度:10℃/分
雰囲気:空気中
測定開始温度:30℃
測定終了温度:1000℃
実施例2〜8
原料PVAを表6に示すものに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
実施例9
n−ブチルアルデヒドの添加量を320gに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表6に示す。
実施例10
n−ブチルアルデヒドの添加量を362gに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表6に示す。
実施例11
n−ブチルアルデヒドの添加量を449gに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例1
n−ブチルアルデヒドの添加量を271gに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表6に示す。
比較例2
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100gとPVA−1を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、10℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド740gと20%の塩酸810mLを添加し、ブチラール化反応を150分間行った。その後90分かけて80℃まで昇温し、80℃にて16時間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例3〜7
原料PVAを表6に示すものに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例8
原料PVAを比較PVA−1に変更しこと以外は、比較例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例9
原料PVAを比較PVA−1に変更したこと以外は、実施例9と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例10
原料PVAを比較PVA−1に変更したこと以外は、実施例11と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例11
原料PVAを比較PVA−2に変更したこと以外は、比較例8と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例12
原料PVAを比較PVA−2に変更したこと以外は、実施例9と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
比較例13
原料PVAを比較PVA−2に変更したこと以外は、実施例11と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。その結果を表6に示す。
Figure 0005900706
本発明のセラミック成形用のバインダーを用いた場合(実施例1〜11)、セラミックスラリーの安定性が向上した。また、本発明のセラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例1〜13)、いずれかの性能が低下した。
また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合(実施例1〜11)、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用のバインダーを用いた場合(比較例1〜13)、いずれかの性能が低下した。
実施例12
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水8100g、PVA−9を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95
℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、1℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド422gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を120分間行った。その後60分かけて45℃まで昇温し、45℃にて120分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は68.1モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は1.1モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.8モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、導電ペーストの保存安定性及び炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。結果を表7に示す。
実施例13
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100g、PVA−10を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に120rpmで攪拌下、5℃まで約30分かけて徐々に冷却後、n−ブチルアルデヒド402gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を120分間行った。その後60分かけて50℃まで昇温し、50℃にて120分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。得られたポリビニルブチラールのブチラール化度(アセタール化度)は68.5モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は1.5モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.0モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、導電ペーストの保存安定性及び炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。結果を表7に示す。
比較例14〜16
原料PVAを表7に示すものに変更したこと以外は、実施例12と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。結果を表7に示す。
比較例17および18
原料PVAを表7に示すものに変更したこと以外は、実施例13と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。結果を表7に示す
Figure 0005900706
本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合(実施例12及び13)、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用のバインダーを用いた場合(比較例14、15、17および18)、いずれかの性能が低下した。また、重合度が本発明で規定した下限より小さい場合(比較例16)、いずれの性能も不十分であった。
実施例14
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8234g、PVA−11を526g仕込み(PVA濃度6.0%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、15℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド307gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を120分間行った。その後60分かけて60℃まで昇温し、60℃にて120分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。得られたポリビニルブチラールのブチラール化度(アセタール化度)は68.2モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は1.3モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.5モル%であった。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は68.2モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は1.3モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.5モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、セラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペースト炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。評価結果を表8に示す。
実施例15
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8322g、PVA−12を438g仕込み(PVA濃度5.0%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、20℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド256gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を120分間行った。その後60分かけて60℃まで昇温し、60℃にて120分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化
度(アセタール化度)は68.1モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は1.5モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は30.4モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、セラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。評価結果を表8に示す。
比較例19および20
原料PVAを表8に示すものに変更したこと以外は、実施例14と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペースト炭素残渣の量を評価した。結果を表8に示す。
比較例21〜23
原料PVAを表8に示すものに変更したこと以外は、実施例15と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表8に示す。
本発明のセラミック成形用のバインダーを用いた場合(実施例14および15)、セラミックスラリーの安定性が向上した。また、本発明のセラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例19〜22)、いずれかの性能が低下した。また、重合度が5000を超えるポリビニルアセタールからなるセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例23)、いずれの性能も不十分であった。
Figure 0005900706
実施例16
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100g、PVA−13を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温して完全にPVAを溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、15℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド432gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後30分かけて45℃まで昇温し、45℃にて180分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は74.1モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は8.1モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は17.8モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、セラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。結果を表9に示す。
実施例17〜22
原料PVAを表9に示すものに変更したこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
実施例23
n−ブチルアルデヒドの添加量を269gに変更したこと以外は実施例16と同様にしてポリビニルブチラールの合成を行った。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
実施例24
n−ブチルアルデヒドの添加量を307gに変更したこと以外は実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
実施例25 n−ブチルアルデヒドの添加量を458gに変更したこと以外は実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例24
n−ブチルアルデヒドの添加量を225gに変更したこと以外は実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例25
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100g、PVA−13を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、15℃まで約30分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド837gと20%の塩酸810mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後60分かけて60℃まで昇温し、60℃にて24時間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。そして、実施例16と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例26〜29
原料PVAを表9に示すものに変更したこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例30
原料PVAを比較PVA−16に変更したこと以外は比較例24と同様にしてポリビニルブチラールの合成を行った。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例31
原料PVAを比較PVA−16に変更したこと以外は、実施例23と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例32
原料PVAを比較PVA−16に変更したこと以外は、実施例25と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例33
原料PVAを比較PVA−17に変更したこと以外は比較例24と同様にしてポリビニルブチラールの合成を行った。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例34
原料PVAを比較PVA−17に変更したこと以外は、実施例23と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
比較例35
原料PVAを比較PVA−17に変更したこと以外は、実施例25と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表9に示す。
Figure 0005900706
実施例16〜25のセラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックスラリーの安定性が向上した。また、上記セラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例24〜35)、いずれかの性能が低下した。
重合度1700の完全けん化PVAを原料としたポリビニルアセタールを含有する導電ペースト用のバインダーと同様に本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合(実施例16〜25)、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用のバインダーを用いた場合(比較例24〜35)、いずれかの性能が低下した。
実施例26
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100g、PVA−20を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温して完全にPVAを溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、1℃まで約60分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド468gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後30分かけて25℃まで昇温し、25℃にて180分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は73.2モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は8.0モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は18.8モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、導電ペーストの保存安定性及び炭素残渣の量を実施例16と同様にして評価した。評価結果を表10に示す。
実施例27
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10Lリットルのガラス製容器に、イオン交換水を8100g、PVA−21を660g仕込み(PVA濃度7.5%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、5℃まで約60分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド450gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後30分かけて30℃まで昇温し、30℃にて180分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は74.3モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は7.9モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は17.8モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、導電ペーストの保存安定性及び炭素残渣の量を実施例16と同様にして評価した。結果を表10に示す。
比較例36および37
原料PVAを表10に示すものに変更したこと以外は、実施例26と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。結果を表10に示す。
比較例38
原料PVAを比較PVA−23に変更したこと以外は、実施例26と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。結果を表10に示す。
比較例39および40
原料PVAを表10に示すものに変更したこと以外は、実施例27と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。結果を表10に示す。
Figure 0005900706
本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合(実施例26および27)、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用のバインダーを用いた場合(比較例36〜40)、いずれかの性能が低下した。
実施例28
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10Lリットルのガラス製容器に、イオン交換水を8234g、PVA−22を526g仕込み(PVA濃度6.0%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、15℃まで約60分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド344gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後30分かけて45℃まで昇温し、45℃にて180分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は74.6モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は8.3モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は17.1モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、セラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。結果を表11に示す。
実施例29
還流冷却器、温度計、イカリ型攪拌翼を備えた10リットルのガラス製容器に、イオン交換水を8234g、PVA−23を438g仕込み(PVA濃度5.0%)、内容物を95℃に昇温してPVAを完全に溶解させた。次に内容物を120rpmで攪拌しながら、15℃まで約60分かけて徐々に冷却した後、前記容器にn−ブチルアルデヒド265gと20%の塩酸540mLを添加し、ブチラール化反応を90分間行った。その後30分かけて45℃まで昇温し、45℃にて180分間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をイオン交換水で洗浄後、過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和した。引き続き、イオン交換水で樹脂を再洗浄した後、乾燥してポリビニルブチラールを得た。
得られたポリビニルブチラールの組成を実施例1と同様にして測定した。ブチラール化度(アセタール化度)は73.2モル%、酢酸ビニル単量体単位の含有量は8.1モル%であり、ビニルアルコール単量体単位の含有量は18.7モル%であった。次に、得られたポリビニルアセタールの評価(GPC測定)、セラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を実施例1と同様にして評価した。結果を表11に示す。
比較例41および42
原料PVAを表11に示すものに変更したこと以外は、実施例28と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表11に示す。
比較例43および44
原料PVAを表11に示すものに変更したこと以外は、実施例29と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安性、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量、導電ペーストの保存安定性、及び導電ペーストの炭素残渣の量を評価した。結果を表11に示す。
Figure 0005900706
実施例28及び29のセラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックスラリーの安定性が向上した。また、上記セラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例41〜44)、いずれかの性能が低下した。
本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合(実施例28及び29)、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用のバインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用のバインダーを用いた場合(比較例41〜44)、いずれかの性能が低下した。
実施例30
原料PVAを表12に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価した。また、以下の方法により、セラミックグリーンシートの光沢度とセラミックグリーンシートの接着性を評価した。結果を表12に示す。
[セラミックグリーンシートの評価]
(光沢度)
得られたセラミックグリーンシートの光沢度を測定した。光沢度は、セラミックグリーンシートにおける表面の光沢度を、日本電色工業株式会社製VGS−1Dを用い、JIS Z−8741(1983)方法3に準拠して測定した。光沢度の%が大きいほど、表面の平滑性に優れている。結果を表12に示す。
A:80%以上
B:60%以上80%未満
C:60%未満
シート光沢度が60%未満であると、シートの表面性が低く、チップ化した時に、ショート不良、接着性の低下の要因になる恐れがある。
(プラズマ照射条件)
得られたセラミックグリーンシートを、10cm×10cmの大きさに切断した。そして、大気圧プラズマ装置を用いてセラミックグリーンシートの表面に、窒素ガスが流速150L/分、ドライ純エアーが流速0.5L/分の混合ガスを用い、電圧11kV、電極間距離2mm、サンプル移動速度10mm/秒の条件で大気圧プラズマ処理を施し表面を改質した。
(接着性試験サンプルの作成)
大気圧プラズマ処理されたセラミックグリーンシートと、大気圧プラズマ処理されていないセラミックグリーンシートを積層して、熱プレス機を用い下記の条件で熱圧着試験を行った。このとき、大気圧プラズマ処理された面が他のセラミックグリーンシートの表面に接するように積層した。
プレス温度 45℃
圧力 1Mpa
時間 5秒
得られた積層体における接着面を目視で観察し、セラミックグリーンシートの接着性を下記の3段階で評価した。結果を表12に示す。
A:全く層間剥離が認められず、強固に接着している。
B:層間剥離が一部認められた。
C:層間剥離がかなり多く認められた。
実施例31
原料PVAをPVA−A2に変更したこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
実施例32〜35
原料PVAを表12に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
実施例36
原料PVAをPVA−A1を462g、表3に記載のPVA−10を198gにし、昇温後の温度を50℃にしたこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価し、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
実施例37
原料PVAを表3記載のPVA−12を368.2g、表5(低重合度)記載のPVA−Cを157.8gにしたこと以外は、実施例14と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価し、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
実施例38
実施例1で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
実施例39
実施例3で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
実施例40
実施例7で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
実施例41
実施例10で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
実施例42
4−アミノブチルジエチルアセタール(NH−PVB)を24.7g、n−ブチルアルデヒドの量を375gにしたこと以外は、実施例1と同様にして変性ポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価し、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
比較例45
比較例3で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
比較例46
比較例4で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例30と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表12に示す。
比較例47
原料PVAを比較PVA−H1にしたこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価し、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
比較例48
原料PVAを比較PVA−H2にしたこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にしてセラミックスラリーの保存安定性とセラミックグリーンシートの炭素残渣の量を評価、実施例30と同様にして、グリーンシートを評価した。結果を表12に示す。
Figure 0005900706
実施例30〜42のセラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックスラリーの保存安定性が向上した。また、上記セラミック成形用のバインダーを用いた場合、セラミックグリーンシートの炭素残渣の量は少なかった。さらに得られたグリーンシートの表面光沢度も高く、大気圧プラズマ照射を施すことにより、実施例30〜37および42のグリーンシートは非常に良好な接着性を示し、実施例38〜41も良好な接着性を示した。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合(比較例45〜48)、いずれかの性能が低下した。
以上の結果から示されるとおり、本発明のセラミック成形用のバインダーを用いるとセラミックスラリーの保存安定性が優れる。また、セラミックグリーンシートを加熱、焼成したときに発生する炭素残渣の量が少なく、グリーンシート同士の接着性が改善された。一方、本発明で規定した条件を満たさないセラミック成形用のバインダーを用いた場合、いずれかの性能が明らかに低下する。
実施例43
原料PVAを表13に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。また、以下の方法により、塗工シートの光沢度と塗工シートの接着性を評価した。結果を表13に示す。
(セラミックスラリーの製造)
ポリビニルブチラール(PVB−1)15質量部を、トルエン30質量部とエタノール30質量部との混合溶剤に加えた後、攪拌してポリビニルブチラールを溶解させた。当該溶液に、可塑剤としてジオクチルフタレート3質量部を加えた後、攪拌して可塑剤を溶解させた。得られた樹脂溶液に、セラミック粉体としてチタン酸バリウム(「BT−02」、堺化学工業社製、平均粒子径0.2μm)100質量部を加え、ボールミルで24時間混合してセラミックスラリーを得た。
(セラミックグリーンシートの製造)
得られたセラミックスラリーを、離型処理したポリエステルフィルム上に、乾燥後の厚みが約10μmとなるように塗工し、常温で1時間風乾後、熱風乾燥機を用いて80℃の温度で3時間、続いて120℃の温度で2時間乾燥させて、セラミックグリーンシートを得た。
(導電ペースト塗工シートの製造)
上記セラミックグリーンシートに得られた導電ペーストをスクリーン印刷で塗工し、導電ペースト塗工シート(以下、塗工シートと略記する場合がある)を作製した。
(光沢度)
塗工シートの表面の光沢度を測定した。光沢度は、導電ペーストが塗工されている面の光沢度を、日本電色工業株式会社製VGS−1Dを用いJIS Z−8741(1997)方法3に準拠して測定した。光沢度の%が大きいほど、表面の平滑性に優れている。結果を表13に示す。
A:80%以上
B:60%以上80%未満
C:60%未満
シート光沢度が60%未満であると、シートの表面平滑性が低く、熱圧着時の接着性の低下やチップ化した際に、ショート不良の要因になる恐れがある。
(プラズマ照射条件)
得られた塗工シートを、10cm×10cmの大きさに切断した。そして、大気圧プラズマ装置を用いて導電ペーストが塗工された面に、窒素ガスが流速150L/分、ドライ純エアーが流速0.5L/分の混合ガスを用い、電圧11kV、電極間距離2mm、サンプル移動速度10mm/秒の条件で大気圧プラズマ処理を施し表面を改質した。
(接着性試験サンプルの作製)
上記方法で製造したセラミックグリーンシートを用意した。このセラミックグリーンシートと大気圧プラズマ処理された塗工シートとを積層し、熱プレス機を用い下記の条件で熱圧着試験を行った。このとき、大気圧プラズマ処理された面がセラミックグリーンシートの表面と接するように積層した。
プレス温度 45℃
圧力 1Mpa
時間 5秒
得られた積層体におけるグリーンシートと塗工シートの層間の接着性を目視で観察し、グリーンシートと塗工シートの接着性を下記の3段階で評価した。結果を表13に示す。
A:全く層間剥離が認められず、強固に接着し、非常に良好な接着性を示した。
B:層間剥離が一部認められたが、良好な接着性を示した。
C:層間剥離がかなり多く認められ、接着性不良と判断した。
実施例44
原料PVAをPVA−A2に変更したこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例45〜48
原料PVAを表13に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例49
原料PVAとしてPVA−A1を462g、表5記載のPVA−10を198gにし、昇温後の温度を50℃にしたこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例50
原料PVAを表3記載のPVA−12を368.2g、PVA−Cを157.8gにしたこと以外は、実施例14と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例51
実施例1で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例52
実施例3で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例53
実施例7で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度、接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例54
実施例10で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度、接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例55
4−アミノブチルジエチルアセタール(NH−PVB)を21.5g、n−ブチルアルデヒドの量を375gにしたこと以外は、実施例1と同様にして変性ポリビニルブチラールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例56
原料PVAをPVA−Cに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
実施例57
原料PVAをPVA−Fに変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。そして、実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
比較例49
比較例3で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
比較例50
比較例4で得られたポリビニルアセタールを用い、実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
比較例51
原料PVAを比較PVA−H1にしたこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルアセタールを合成した。実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度と接着性を評価した。結果を表13に示す。
比較例52
原料PVAを比較PVA−H2にしたこと以外は、実施例16と同様にしてポリビニルブチラールを合成した。実施例1と同様にして導電ペーストの保存安定性と炭素残渣の量を評価した。実施例43と同様にして、光沢度、接着性を評価した。結果を表13に示す。
Figure 0005900706
実施例43〜57の導電ペースト用バインダーを用いた場合、導電ペーストの保存安定性が向上した。また、本発明の導電ペースト用バインダーを用いた場合、炭素残渣の量は少なかった。さらに得られた積層体の表面光沢度も高く、大気圧プラズマ照射を施すことにより、実施例43〜50および55〜57の結果より、グリーンシートと非常に良好な接着性を示し、実施例51〜54も良好な接着性を示した。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用バインダーを用いた場合(比較例49〜52)、いずれかの性能が低下した。
以上の結果から示されるとおり、本発明の導電ペースト用バインダーを用いると導電ペーストの安定性が優れていた。また、導電ペーストを加熱したときに発生する炭素残渣の量が少なく、さらに、グリーンシートとの接着性が改善された。一方、本発明で規定した条件を満たさない導電ペースト用バインダーを用いた場合、いずれかの性能が明らかに低下した。

Claims (13)

  1. アセタール化度が50〜85モル%、ビニルエステル単量体単位の含有量が0.1〜20モル%、粘度平均重合度が200〜5000であるポリビニルアセタールを含有するセラミック成形用又は導電ペースト用のバインダーであって、
    230℃において3時間加熱された前記ポリビニルアセタールをゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定したときの、示差屈折率検出器で測定されるピークトップ分子量(A)と、吸光光度検出器(測定波長280nm)で測定されるピークトップ分子量(B)が下記式(1)
    (A−B)/A<0.60 (1)
    を満たし、かつピークトップ分子量(B)における吸光度が0.50×10−3〜1.00×10−2となるバインダー。
  2. 前記ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定における、示差屈折率検出器によって求められる、前記ポリビニルアセタールの数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが2.8〜12.0となる請求項1に記載のバインダー。
  3. 前記ポリビニルアセタールがポリビニルブチラールである請求項1又は2に記載のバインダー。
  4. 前記ポリビニルアセタールが、側鎖にアミド基、アミノ基、エステル基、カルボニル基、及びビニル基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有する請求項1〜3のいずれかに記載のバインダー。
  5. 前記官能基がアミド基又はアミノ基である請求項4に記載のバインダー。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のセラミック成形用バインダー。
  7. 請求項6に記載のセラミック成形用バインダー、セラミック粉体、有機溶剤及び可塑剤を含有するセラミックスラリー。
  8. 請求項7に記載のセラミックスラリーを用いて得られるセラミックグリーンシート。
  9. 請求項8に記載のセラミックグリーンシート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることを特徴とするセラミックグリーンシートの製造方法。
  10. 請求項1〜5のいずれかに記載の導電ペースト用バインダー。
  11. 請求項10に記載の導電ペースト用バインダー、金属粉末及び有機溶剤を含有する導電ペースト。
  12. セラミックグリーンシートの表面に請求項11に記載の導電ペーストが塗工されてなる塗工シート。
  13. 請求項12に記載の塗工シート表面の少なくとも片面に大気圧プラズマ処理を施す工程を備えることを特徴とする塗工シートの製造方法。
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