JP6116236B2 - 銀インク組成物 - Google Patents
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Description
このようなインクジェット印刷法への適用に好適な銀インク組成物としては、銀ナノ粒子を各種有機溶媒中に分散させて得られたものが開示されている(特許文献1及び2参照)。
本発明は、式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀、炭素数2〜10の脂肪族第一級アミン又は第二級アミン、下記一般式(2)で表されるアセチレンアルコール類、及び炭素数6〜14の炭化水素が配合されてなり、27℃における動的表面張力が56mN/m以下である銀インク組成物であって、前記銀インク組成物において、前記アセチレンアルコール類の配合量が、前記カルボン酸銀の配合量1モルあたり0.06〜0.3モルであることを特徴とする銀インク組成物を提供する。
本発明の銀インク組成物においては、前記カルボン酸銀が、下記一般式(1)で表されるβ−ケトカルボン酸銀であることが好ましい。
Yはそれぞれ独立にフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は水素原子であり;R1は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基又はフェニル基であり;R2は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり;R3は炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり;R4及びR5はそれぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基であり;R6は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり;
Xはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはベンジル基、シアノ基、N−フタロイル−3−アミノプロピル基、2−エトキシビニル基、又は一般式「R7O−」、「R7S−」、「R7−C(=O)−」若しくは「R7−C(=O)−O−」で表される基であり;
R7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、チエニル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはジフェニル基である。)
本発明の銀インク組成物においては、前記β−ケトカルボン酸銀が、2−メチルアセト酢酸銀、アセト酢酸銀、2−エチルアセト酢酸銀、プロピオニル酢酸銀、イソブチリル酢酸銀、ピバロイル酢酸銀、2−n−ブチルアセト酢酸銀、2−ベンジルアセト酢酸銀、ベンゾイル酢酸銀、ピバロイルアセト酢酸銀、イソブチリルアセト酢酸銀及びアセトンジカルボン酸銀からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の銀インク組成物においては、前記第一級アミン又は第二級アミンの窒素原子に結合している脂肪族炭化水素基が、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。
本発明の銀インク組成物においては、前記第一級アミン又は第二級アミンが、2−エチルヘキシルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、N−メチルヘキシルアミン及びN−エチルヘキシルアミンからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の銀インク組成物においては、前記R’及びR’’が、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。
本発明の銀インク組成物においては、前記アセチレンアルコール類が、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、3−メチル−1−ブチン−3−オール及び3−メチル−1−ペンチン−3−オールからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の銀インク組成物は、式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀(以下、単に「カルボン酸銀」と略記することがある)、炭素数2〜10の脂肪族第一級アミン又は第二級アミン(以下、「アミン化合物」と略記することがある)、下記一般式(2)で表されるアセチレンアルコール類(以下、「アセチレンアルコール類」と略記することがある)、及び炭素数6〜14の炭化水素(以下、「炭化水素」と略記することがある)が配合されてなり、27℃における動的表面張力が56mN/m以下であることを特徴とする。
前記カルボン酸銀は、式「−COOAg」で表される基を有していれば特に限定されない。例えば、式「−COOAg」で表される基の数は1個のみでもよいし、2個以上でもよい。また、カルボン酸銀中の式「−COOAg」で表される基の位置も特に限定されない。
前記カルボン酸銀は、加熱等によって分解し、金属銀を形成するものである。
なお、本明細書においては、単なる「カルボン酸銀」との記載は、特に断りの無い限り、「β−ケトカルボン酸銀」だけではなく、これらを包括する、「式「−COOAg」で表される基を有するカルボン酸銀」を意味するものとする。
Yはそれぞれ独立にフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は水素原子であり;R1は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基又はフェニル基であり;R2は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり;R3は炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり;R4及びR5はそれぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基であり;R6は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり;
Xはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはベンジル基、シアノ基、N−フタロイル−3−アミノプロピル基、2−エトキシビニル基、又は一般式「R7O−」、「R7S−」、「R7−C(=O)−」若しくは「R7−C(=O)−O−」で表される基であり;
R7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、チエニル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはジフェニル基である。)
本発明において、前記β−ケトカルボン酸銀は、前記一般式(1)で表される。
式中、Rは1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよい炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基若しくはフェニル基、水酸基、アミノ基、又は一般式「R1−CY2−」、「CY3−」、「R1−CHY−」、「R2O−」、「R5R4N−」、「(R3O)2CY−」若しくは「R6−C(=O)−CY2−」で表される基である。
Rにおける環状の前記アルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、トリシクロデシル基が例示できる。
Rにおける前記アルキニル基としては、エチニル基(−C≡CH)、プロパルギル基(−CH2−C≡CH)等の、Rにおける前記アルキル基の炭素原子間の1個の単結合(C−C)が三重結合(C≡C)に置換された基が例示できる。
置換基である前記脂肪族炭化水素基としては、炭素数が1〜16である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR2は、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR3は、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり、炭素数が1〜16である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR4及びR5は、それぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基である。すなわち、R4及びR5は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素数が1〜18である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
RにおけるR6は、炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり、R6における前記脂肪族炭化水素基としては、炭素数が1〜19である点以外は、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
Xにおける炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、Rにおける前記脂肪族炭化水素基と同様のものが例示できる。
Xにおけるフェニル基及びベンジル基は、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよく、好ましい前記置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、ニトロ基(−NO2)等が例示でき、置換基の数及び位置は特に限定されない。そして、置換基の数が複数である場合、これら複数個の置換基は互いに同一でも異なっていてもよい。
R7がチエニル基又はジフェニル基である場合、これらの、Xにおいて隣接する基又は原子(酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基)との結合位置は、特に限定されない。例えば、チエニル基は、2−チエニル基及び3−チエニル基のいずれでもよい。
本発明において、前記アミン化合物は、脂肪族第一級アミン又は脂肪族第二級アミンで、炭素原子の総数が2〜10であれば特に限定されないが、好ましいものとして、窒素原子に結合している脂肪族炭化水素基がアルキル基であるもの(アルキルアミン、ジアルキルアミン)が例示できる。そして、前記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよい。
前記直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基としては、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、1,3−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等が例示できる。
前記環状のアルキル基は、単環状及び多環状のいずれでもよく、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘブチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等が例示できる。
本発明において、アセチレンアルコール類は、前記一般式(2)で表される。
一般式(2)において、R’及びR’’は、それぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基である。
R’及びR’’における炭素数1〜20のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状(脂肪族環式基)のいずれでもよく、環状である場合、単環状及び多環状のいずれでもよい。R’及びR’’における前記アルキル基としては、Rにおける前記アルキル基と同様のものが例示できる。
本発明において、前記炭化水素は、炭素数が6〜14であり、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、飽和炭化水素及び不飽和炭化水素のいずれでもよい。前記炭化水素は、15〜37℃で液状であるものが好ましく、15〜30℃で液状であるものがより好ましい。
前記不飽和炭化水素は、炭素原子間の不飽和結合として、二重結合及び三重結合のいずれか一方のみを有していてもよいし、両方を有していてもよく、不飽和結合の数及び位置は特に限定されないが、不飽和結合の数は1又は2であることが好ましい。また、前記不飽和結合として二重結合を有する場合、前記不飽和炭化水素は、cis型及びtrans型のいずれでもよい。
前記不飽和炭化水素は、アルケン又はアルキンであることが好ましい。
銀インク組成物は、前記カルボン酸銀、アミン化合物、アセチレンアルコール類及び炭化水素以外に、本発明の効果を妨げない範囲内において、これらに該当しないその他の成分がさらに配合されてなるものでもよい。
銀インク組成物は、配合成分の総量に占める、前記カルボン酸銀、アミン化合物、アセチレンアルコール類及び炭化水素の総配合量が、85質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、100質量%であってもよい。
銀インク組成物は、27℃における動的表面張力が56mN/m以下であり、53mN/m以下であることが好ましく、このよう範囲であることで、銀インク組成物はインクジェット印刷法に適した物性を有するものとなる。
前記動的表面張力の下限値は特に限定されないが、銀インク組成物の取り扱い性等を考慮すると、28mN/mであることが好ましい。
本発明において、「動的表面張力」は、例えば、銀インク組成物中に気泡を発生させた場合の、該気泡が銀インク組成物から受ける圧力の最大値を用いて算出する、所謂「最大泡圧法」で求められる。最大泡圧法では、例えば、気泡周波数が9〜11Hzのいずれかの場合において、動的表面張力を求めればよい。
前記静的表面張力の下限値は特に限定されないが、銀インク組成物の取り扱い性等を考慮すると、14mN/mであることが好ましい。
本発明においては、例えば、前記最大泡圧法で、気泡周波数が0.05〜0.2Hzのいずれかの場合の表面張力を「静的表面張力」とすればよい。
前記1Hzでの表面張力の下限値は特に限定されないが、銀インク組成物の取り扱い性等を考慮すると、21mN/mであることが好ましい。
銀インク組成物は、前記カルボン酸銀、アミン化合物、アセチレンアルコール類及び炭化水素、並びに必要に応じて前記その他の成分を配合することで得られる。
各成分の配合時には、すべての成分を添加してからこれらを混合してもよいし、一部の成分を順次添加しながら混合してもよく、すべての成分を順次添加しながら混合してもよい。
混合方法は特に限定されず、撹拌子又は撹拌翼等を回転させて混合する方法、ミキサーを使用して混合する方法、超音波を加えて混合する方法等、公知の方法から適宜選択すればよい。
本発明の銀インク組成物は、例えば、60〜200℃等の温度で加熱(焼成)処理することにより、カルボン酸銀を熱分解させ、容易に金属銀を形成できる。したがって、銀インク組成物を、その粘度に適したインクジェット印刷法等の各種印刷法に適用し、得られた印刷パターンを加熱処理することで、金属銀のパターンを形成できる。
[実施例1]
(銀インク組成物の製造)
2−エチルヘキシルアミン(3.1g)、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール(エアープロダクツジャパン社製「サーフィノール61」)(0.17g)及びn−オクタン(0.8g)を、13.5mLバイアル瓶内に添加して撹拌し、さらにここへ、氷冷下2−メチルアセト酢酸銀(3.0g)を添加して、30分間撹拌することで、銀インク組成物を得た。各成分の配合量を表1に示す。
・表面張力
得られた銀インク組成物(7g)中に、表面張力計(英弘精機社製「ポータブル表面張力計シータt60」)のセンサーを浸漬し、温度27℃の環境下で、気泡周波数を0Hzから10Hzまで変化させ、最大泡圧法により、銀インク組成物の0.1Hzの場合の表面張力(静的表面張力)、1Hzの場合の表面張力、及び10Hzの場合の表面張力(動的表面張力)をそれぞれ測定した。結果を表2に示す。
(金属銀の製造)
ポリエチレンテレフタレート(PET)製の基材(東レ社製「ルミラーS10」、厚さ100μm)上に、上記で得られた銀インク組成物を吐出させ、塗布した。このときの銀インク組成物の基材上への塗布量は、15±1g/m2となるように調節した。
次いで、この銀インク組成物に対して、80℃で30分間の熱風吹き付けによる加熱処理、さらに150℃で30分間又は60分間の熱風吹き付けによる加熱処理を順次行い、二通りで金属銀を形成させた。
得られた金属銀において、電気抵抗測定装置「ロレスタMCP−T610(三菱化学アナリティック社製)」を使用して、JIS K 7194(ASTM D 991)に準じて、表面抵抗値(Ω/□)を測定した。結果を表2に示す。
[実施例2〜15、比較例1〜4]
各成分の種類と配合量を表1に示す通りとしたこと以外は、実施例1と同様に銀インク組成物を製造及び評価した。結果を表2に示す。なお、表1中「−」は、その成分が未配合であることを示す。
さらに、得られた銀インク組成物を使用して、実施例1と同様に金属銀を製造及び評価した。結果を表2に示す。なお、表2中、「OL」は値が大き過ぎて測定できなかった(オーバーロード)ことを示す。
(a)カルボン酸銀
(a)−1:2−メチルアセト酢酸銀
(b)アミン化合物
(b)−1:2−エチルヘキシルアミン
(c)アセチレンアルコール類
(c)−1:3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール
(c)−2:3−メチル−1−ペンチン−3−オール(日信化学工業社製「オルフィンP」)
(c)−3:3−メチル−1−ブチン−3−オール(日信化学工業社製「オルフィンB」)
これに対して、比較例1の銀インク組成物は、炭化水素を配合しなかったことにより、動的表面張力が高く、吐出に困難を伴い、インクジェット印刷法への適用に適さないものであった。
また、比較例2及び3の銀インク組成物は、配合した炭化水素の種類が適さなかったことにより、動的表面張力が高く、吐出に困難を伴い、インクジェット印刷法への適用に適さないものであった。さらに、比較例3では、形成された金属銀は抵抗値が著しく高く、その値を測定できなかった。
また、比較例4の銀インク組成物は、炭化水素を配合しなかったのに対し、比較例1よりもカルボン酸銀の配合量を少なくし、アミン化合物の配合量を多くしたものであり、動的表面張力が低かったものの、形成された金属銀は抵抗値が高かった。
[実施例16〜21]
各成分の種類と配合量を表3に示す通りとしたこと以外は、実施例1と同様に銀インク組成物を製造及び評価した。結果を表4に示す。
さらに、得られた銀インク組成物を使用して、実施例1と同様に金属銀を製造及び評価した。結果を表4に示す。
(a)カルボン酸銀
(a)−2:アセト酢酸銀
(a)−3:ピバロイル酢酸銀
(a)−4:イソブチリル酢酸銀
(a)−5:アセトンジカルボン酸銀
Claims (9)
- 前記炭化水素が、炭素数10〜14の直鎖状若しくは分岐鎖状の飽和炭化水素、又は炭素数6〜14の環状の飽和炭化水素、アルケン若しくはアルキンであることを特徴とする請求項1に記載の銀インク組成物。
- 前記カルボン酸銀が、下記一般式(1)で表されるβ−ケトカルボン酸銀であることを特徴とする請求項1又は2に記載の銀インク組成物。
Yはそれぞれ独立にフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は水素原子であり;R1は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基又はフェニル基であり;R2は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり;R3は炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基であり;R4及びR5はそれぞれ独立に炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基であり;R6は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、水酸基又は式「AgO−」で表される基であり;
Xはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子、1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはベンジル基、シアノ基、N−フタロイル−3−アミノプロピル基、2−エトキシビニル基、又は一般式「R7O−」、「R7S−」、「R7−C(=O)−」若しくは「R7−C(=O)−O−」で表される基であり;
R7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、チエニル基、又は1個以上の水素原子が置換基で置換されていてもよいフェニル基若しくはジフェニル基である。) - 前記Rが直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキル基、フェニル基、又は前記一般式「R6−C(=O)−CY2−」で表される基であり、前記Xが水素原子、直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキル基、又はベンジル基であることを特徴とする請求項3に記載の銀インク組成物。
- 前記β−ケトカルボン酸銀が、2−メチルアセト酢酸銀、アセト酢酸銀、2−エチルアセト酢酸銀、プロピオニル酢酸銀、イソブチリル酢酸銀、ピバロイル酢酸銀、2−n−ブチルアセト酢酸銀、2−ベンジルアセト酢酸銀、ベンゾイル酢酸銀、ピバロイルアセト酢酸銀、イソブチリルアセト酢酸銀及びアセトンジカルボン酸銀からなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の銀インク組成物。
- 前記第一級アミン又は第二級アミンの窒素原子に結合している脂肪族炭化水素基が、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の銀インク組成物。
- 前記第一級アミン又は第二級アミンが、2−エチルヘキシルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、N−メチルヘキシルアミン及びN−エチルヘキシルアミンからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の銀インク組成物。
- 前記R’及びR’’が、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の銀インク組成物。
- 前記アセチレンアルコール類が、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、3−メチル−1−ブチン−3−オール及び3−メチル−1−ペンチン−3−オールからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の銀インク組成物。
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