JP6126487B2 - 積層体及び電子機器 - Google Patents
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Description
一方で、セルロースナノファイバーは、線膨張係数が小さく、これを用いた複合材料は環境温度の変化に伴う歪み、変形等の問題が起こり難いため、基板強度の強化材料として適しており、フェノール樹脂又はアクリル樹脂とセルロースナノファイバーとを含有する基板を用いた回路基板が開示されている(特許文献1参照)。
本発明は樹脂構造体上にカルボン酸銀を用いて銀層が形成され、前記樹脂構造体が、ポリビニルアセタール及びセルロースナノファイバーを含有することを特徴とする積層体を提供する。
本発明の積層体においては、前記ポリビニルアセタールが、下記式(i)−1、(i)−2及び(i)−3で表される構成単位を有し、ガラス転移点が90℃未満であることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の積層体を用い、前記樹脂構造体を筐体として備えたことを特徴とする電子機器を提供する。
本発明に係る積層体は、樹脂構造体上にカルボン酸銀を用いて銀層が形成され、前記樹脂構造体が、ポリビニルアセタール及びセルロースナノファイバー(以下、「CNF」と略記することがある)を含有することを特徴とする。
かかる積層体において、銀層は、カルボン酸銀を用いて形成したものであり、印刷法で簡単なプロセスによって形成可能である。またこの銀層は、例えば、銀粒子及びバインダーを含む銀ペースト等とは異なり、バインダー等を含まない銀層形成用組成物で形成したことにより、銀(金属銀)の純度が顕著に高く、体積抵抗率が低い。また、樹脂構造体がポリビニルアセタール及びCNFを含有することで、樹脂構造体と銀層との密着強度が高い。また、CNFは樹脂構造体の強度を向上させることもできる。
なお、前記積層体において、樹脂構造体の形状は特に限定されない。
第一の実施形態に係る前記積層体としては、前記樹脂構造体が基材であるものが挙げられる。ここで「基材」とは、配線が設けられた回路基板やアンテナ構造体等において使用されるものが例示できる。
ここに示す積層体1は、基材11上に銀層12を備えたものである。そして、基材11は前記樹脂構造体であり、ポリビニルアセタール及びCNFを含有する。また、銀層12はカルボン酸銀を用いて形成されたものである。
基材11は、ポリビニルアセタール及びCNFを含有していればよい。
前記ポリビニルアセタールは、特に限定されないが、基材11と銀層12との密着強度がより高くなることから、ガラス転移点(以下、「Tg」と略記することがある)が90℃未満であるものが好ましく、85℃以下であるものがより好ましく、75℃以下であるものが特に好ましい。
また、ポリビニルアセタールのTgの下限値は、積層体1の用途によって異なるが、50℃であることが好ましく、60℃であることがより好ましい。Tgの下限値がこのような範囲であることで、積層体1の使用環境下における温度変化に対して、基材11の安定性がより向上する。
ポリビニルアセタール(I)は、構成単位(i)−1、(i)−2及び(i)−3を有する高分子化合物(ポリビニルアセタール樹脂)であり、構成単位(i)−1、(i)−2及び(i)−3の配列順は特に限定されない。
Ri−1における前記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、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、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、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基が例示でき、直鎖状又は分枝鎖状であることが好ましい。
ポリビニルアセタール(I)の分子量の上限値は、特に限定されないが、本発明の効果が十分に得られ、且つ基材11をより容易に形成できることから、200000であることが好ましい。
ここで、「分子量」とは、ポリビニルアセタール(I)の合成に用いたモノマーがすべて反応して、ポリビニルアセタール(I)を構成したと仮定した場合に、前記モノマーの分子量を用いて算出される理論値であり、ポリビニルアセタール(I)が構成単位(i)−1、(i)−2及び(i)−3のみを有する場合、前記モノマーとしては、構成単位(i)−1を誘導するもの、構成単位(i)−2を誘導するもの、及び構成単位(i)−3を誘導するもののみを考慮すればよい。
また、ポリビニルアセタール(I)は、これを構成する繰り返し単位の総量(繰り返し単位の総モル数)に占める構成単位(i)−3の量(構成単位(i)−3のモル数)の比率が0より大きく、5〜50モル%であることが好ましく、10〜45モル%であることがより好ましく、15〜40モル%であることが特に好ましい。
また、ポリビニルアセタール(I)は、これを構成する繰り返し単位の総量(繰り返し単位の総モル数)に占める構成単位(i)−1の量(構成単位(i)−1のモル数)の比率が0より大きく、45〜90モル%であることが好ましく、50〜85モル%であることがより好ましく、55〜80モル%であることが特に好ましい。
前記植物は特に限定されず、好ましいものとしては、木、麦、稲、とうもろこし、綿、サトウキビ、葦、竹、じゃがいも、キャッサバ等が例示できる。
CNFの平均繊維長は、0.8μm以上であることが好ましく、0.8〜8μmであることがより好ましい。CNFの平均繊維長が前記下限値以上であることで、基材11と銀層12との密着強度がより高くなる。また、CNFの平均繊維長が前記上限値以下であることで、後述する方法によってCNFが容易に得られる。
なお、CNFの平均繊維幅及び平均繊維長は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)でのCNFの撮像データにおいて、任意に選択した30本のCNFについて、繊維幅及び繊維長の平均値を算出することで求められる。
基材11の、ポリビニルアセタール及びCNF以外の含有成分(その他の含有成分)は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上である場合、その組み合わせ及び比率は、任意に選択できる。
ただし、その他の含有成分の基材11中での含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、2質量%以下であることが特に好ましい。
なお、基材11が複数層からなる場合には、各層の合計の厚さが、上記の好ましい基材11の厚さとなるようにするとよい。
前記溶媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合で、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
前記その他の成分は、目的に応じて任意に選択でき、特に限定されない。
前記その他の成分は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合で、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
基材形成用組成物において、配合成分の総量に対する前記その他の成分の配合量の割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
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。
CNF分散液は、公知の手法によってCNFを分散溶媒(分散媒)中に分散させて得られたものでもよいし、例えば、上記のCNFの製造方法で解繊工程によって得られた液体をそのまま、又は必要に応じて後処理したものをCNF分散液として用いてもよい。
CNF分散液の分散溶媒は、基材11の形成を阻害しないものであればよく、基材形成用組成物の配合成分として先に挙げた溶媒と同じものが例示できる。
また、配合時間(混合時間)は、配合成分の種類や配合時の温度に応じて適宜調節すればよく、特に限定されない。
前記印刷法としては、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、ディップ式印刷法、インクジェット式印刷法、ディスペンサー式印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等が例示できる。
前記塗布法としては、スピンコーター、エアーナイフコーター、カーテンコーター、ダイコーター、ブレードコーター、ロールコーター、ゲートロールコーター、バーコーター、ロッドコーター、グラビアコーター等の各種コーターや、ワイヤーバー等を用いる方法が例示できる。
ろ過に供するCNF分散液のCNFの濃度は、目的とする厚さ及び表面積のCNFシートが得られるよう、任意に調節できる。
ポリビニルアセタール溶液の溶媒成分は特に限定されず、ポリビニルアセタールを均一に溶解可能なものが好ましく、ポリビニルアセタールの種類に応じて適宜選択すればよい。また、前記溶媒成分は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上である場合、その組み合わせ及び比率は任意に調節できる。
ポリビニルアセタール溶液のポリビニルアセタールの濃度は、CNFシートの浸漬を妨げない範囲内において、目的とする厚さ及び表面積のCNFシートが得られるよう、任意に調節できる。
また、基材11は、前記CNF分散液(CNFシート)及びポリビニルアセタール溶液を用いて形成する場合には、CNFシートの厚さ、すなわち、CNF分散液の使用量、又はCNF分散液のCNFの濃度を調節することで、厚さを調節できる。基材11の厚さは、ポリビニルアセタール溶液のポリビニルアセタールの濃度でも調節できることがあるが、CNF分散液の使用量又はそのCNFの濃度を調節する方が、容易に調節できる。
銀層12は、カルボン酸銀を用いて形成されたものである。
基材11の主面(銀層12が形成されている表面)を上方から見下ろすように、積層体1を平面視したときの、銀層12の形状は、目的に応じて任意に設定できる。例えば、基材11の表面全面に銀層12が設けられていてもよいし、基材11の表面のうち、一部のみに銀層12が設けられていてもよく、銀層12はパターニングされていてもよい。
銀インク組成物としては、液状のものが好ましく、カルボン酸銀が均一に分散されたものが好ましい。
なお、本明細書において、「カルボン酸銀に由来する銀」とは、特に断りの無い限り、銀インク組成物の製造時に配合されたカルボン酸銀中の銀を意味し、配合後に引き続きカルボン酸銀を構成している銀と、配合後にカルボン酸銀が分解して生じた分解物中の銀及び銀自体と、の両方を含む概念とする。
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。
本発明において、カルボン酸銀は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
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。
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(1)」及び「カルボン酸銀(4)」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。
Y1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;
X1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。)
β−ケトカルボン酸銀(1)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−CY1 2−」、「CY1 3−」、「R1−CHY1−」、「R2O−」、「R5R4N−」、「(R3O)2CY1−」若しくは「R6−C(=O)−CY1 2−」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。
X1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。
X1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、X1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。
カルボン酸銀(4)は、前記一般式(4)で表される
式中、R8は炭素数1〜19の脂肪族炭化水素基、カルボキシ基(−COOH)又は式「−C(=O)−OAg」で表される基である。
R8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。ただし、R8における前記脂肪族炭化水素基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。
前記銀インク組成物は、前記カルボン酸銀以外に、さらに、炭素数25以下のアミン化合物及び第4級アンモニウム塩、アンモニア、並びに前記アミン化合物又はアンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩からなる群から選択される一種以上の含窒素化合物(以下、単に「含窒素化合物」と略記することがある)が配合されてなるものが好ましい。
以下、炭素数25以下のアミン化合物を「アミン化合物」、炭素数25以下の第4級アンモニウム塩を「第4級アンモニウム塩」、炭素数25以下のアミン化合物が酸と反応してなるアンモニウム塩を「アミン化合物由来のアンモニウム塩」、アンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩を「アンモニア由来のアンモニウム塩」と略記することがある。
前記アミン化合物は、炭素数が1〜25であり、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンのいずれでもよい。また、前記第4級アンモニウム塩は、炭素数が4〜25である。前記アミン化合物及び第4級アンモニウム塩は、鎖状及び環状のいずれでもよい。また、アミン部位又はアンモニウム塩部位を構成する窒素原子(例えば、第1級アミンのアミノ基(−NH2)を構成する窒素原子)の数は1個でもよいし、2個以上でもよい。
好ましい前記モノアルキルアミンとして、具体的には、n−ブチルアミン、n−へキシルアミン、n−オクチルアミン、n−ドデシルアミン、n−オクタデシルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、3−アミノペンタン、3−メチルブチルアミン、2−アミノオクタン、2−エチルヘキシルアミン、1,2−ジメチル−n−プロピルアミンが例示できる。
前記ヘテロアリール基は、単環状及び多環状のいずれでもよく、その環員数(環骨格を構成する原子の数)も特に限定されないが、3〜12員環であることが好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1個有する単環状のものとしては、フラニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1個有する単環状のものとしては、チエニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する単環状のものとしては、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、モルホリニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する単環状のものとしては、チアゾリル基、チアジアゾリル基、チアゾリジニル基が例示でき、3〜8員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、窒素原子を1〜5個有する多環状のものとしては、インドリル基、イソインドリル基、インドリジニル基、ベンズイミダゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、インダゾリル基、ベンゾトリアゾリル基、テトラゾロピリジル基、テトラゾロピリダジニル基、ジヒドロトリアゾロピリダジニル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ジチアナフタレニル基、ベンゾチオフェニル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、酸素原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ヘテロアリール基で、硫黄原子を1〜2個及び窒素原子を1〜3個有する多環状のものとしては、ベンゾチアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基が例示でき、7〜12員環であることが好ましく、9〜10員環であることがより好ましい。
前記ジアミンは炭素数が1〜10であることが好ましく、より好ましいものとしてはエチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタンが例示できる。
好ましい前記ジアルキルアミンとして、具体的には、N−メチル−n−ヘキシルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミンが例示できる。
好ましい前記トリアルキルアミンとして、具体的には、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンが例示できる。
前記ジアルキルモノアリールアミンを構成するアリール基は、前記モノアリールアミンを構成するアリール基と同様であり、炭素数が6〜10であることが好ましい。
前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを構成するアルキル基は、前記モノアルキルアミンを構成するアルキル基と同様であり、炭素数が1〜19であることが好ましい。また、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウム一分子中の4個のアルキル基は、互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、4個のアルキル基は、すべてが同じでもよいし、すべてが異なっていてもよく、一部だけが異なっていてもよい。
前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを構成するハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が例示できる。
好ましい前記ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムとして、具体的には、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミドが例示できる。
環状アミンであれば、好ましいものとして、ピリジンが例示できる。
また、置換基である前記アリール基及びアルキル基は、さらに1個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく、このようなハロゲン原子で置換された置換基を有するモノアルキルアミンとしては、2−ブロモベンジルアミンが例示できる。ここで、前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
また、後述するように、二酸化炭素を供給して銀インク組成物を調製する場合には、二酸化炭素供給時において、銀インク組成物(第二の混合物)中の成分がより均一に分散して、品質が安定することから、前記アミン化合物は分岐鎖状のアルキル基を有するものが好ましい。
本発明において、前記アミン化合物由来のアンモニウム塩は、前記アミン化合物が酸と反応してなるアンモニウム塩であり、前記酸は、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸でもよいし、酢酸等の有機酸でもよく、酸の種類は特に限定されない。
前記アミン化合物由来のアンモニウム塩としては、n−プロピルアミン塩酸塩、N−メチル−n−ヘキシルアミン塩酸塩、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアミン塩酸塩等が例示できるが、これらに限定されない。
本発明において、前記アンモニア由来のアンモニウム塩は、アンモニアが酸と反応してなるアンモニウム塩であり、ここで酸としては、前記アミン化合物由来のアンモニウム塩の場合と同じものが例示できる。
前記アンモニア由来のアンモニウム塩としては、塩化アンモニウム等が例示できるが、これに限定されない。
そして、前記含窒素化合物としては、前記アミン化合物、第4級アンモニウム塩、アミン化合物由来のアンモニウム塩及びアンモニア由来のアンモニウム塩からなる群から選択される一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
前記含窒素化合物の配合量を上記のように規定することで、銀インク組成物は安定性がより向上し、銀層(導電体、金属銀)の品質がより向上する。さらに、高温による加熱処理を行わなくても、より安定して銀層を形成できる。
銀インク組成物は、前記カルボン酸銀以外に、さらに還元剤が配合されてなるものが好ましい。還元剤を配合することで、前記銀インク組成物は、金属銀をより形成し易くなり、例えば、低温での加熱処理でも十分な導電性を有する銀層(導電体、金属銀)を形成できる。
H−C(=O)−R21 ・・・・(5)
(式中、R21は、炭素数20以下のアルキル基、アルコキシ基若しくはN,N−ジアルキルアミノ基、水酸基又はアミノ基である。)
前記還元性化合物は、シュウ酸(HOOC−COOH)、ヒドラジン(H2N−NH2)及び前記一般式(5)で表される化合物(化合物(5))からなる群から選択される一種以上のものである。すなわち、配合される還元性化合物は、一種のみでよいし、二種以上でもよく、二種以上を併用する場合、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
R21における炭素数20以下のアルキル基は、炭素数が1〜20であり、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、前記一般式(1)のRにおける前記アルキル基と同様のものが例示できる。
窒素原子に結合している前記アルキル基は、それぞれ直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、炭素数が1〜19である点以外は、前記一般式(1)のRにおける前記アルキル基と同様のものが例示できる。
銀インク組成物は、前記カルボン酸銀以外に、さらにアルコールが配合されてなるものでもよい。
アセチレンアルコール(2)は、前記一般式(2)で表される。
式中、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。
銀インク組成物における前記その他の成分は、目的に応じて任意に選択でき、特に限定されず、好ましいものとしては、アルコール以外の溶媒が例示でき、配合成分の種類や量に応じて任意に選択できる。
銀インク組成物における前記その他の成分は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合で、その組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
銀インク組成物において、配合成分の総量に対する前記その他の成分の配合量の割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
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。ただし、本発明においては、還元剤は滴下により配合することが好ましく、さらに滴下速度の変動を抑制することで、金属銀の表面粗さをより低減できる傾向にある。
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。
また、配合時間(混合時間)も、各配合成分が劣化しない限り特に限定されないが、5分〜5時間であることが好ましい。
銀インク組成物は、さらに二酸化炭素が供給されてなるものでもよい。このような銀インク組成物は高粘度となり、例えば、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等の、インクを厚盛りすることが必要な印刷法への適用に好適である。
そして、本発明においては、例えば、前記カルボン酸銀及び含窒素化合物が配合されてなる第一の混合物に、二酸化炭素を供給して第二の混合物とし、必要に応じて前記第二の混合物に、さらに、前記還元剤を配合して、銀インク組成物を製造することが好ましい。また、前記アルコール又はその他の成分を配合する場合、これらは、第一の混合物及び第二の混合物のいずれか一方又は両方の製造時に配合でき、目的に応じて任意に選択できる。
そして、二酸化炭素ガスの供給時間は、必要とされる二酸化炭素ガスの供給量や、流量を考慮して適宜調節すればよい
この時の撹拌方法は、二酸化炭素を用いない上記の銀インク組成物の製造時における前記混合方法の場合と同様でよい。
ドライアイスの使用量は、上記の二酸化炭素ガスの供給量を考慮して調節すればよい。
ドライアイスの添加中及び添加後は、第一の混合物を撹拌することが好ましく、例えば、二酸化炭素を用いない上記の銀インク組成物の製造時と同様の方法で撹拌することが好ましい。このようにすることで、効率的に二酸化炭素を供給できる。
撹拌時の温度は、二酸化炭素ガス供給時と同様でよい。また、撹拌時間は、撹拌温度に応じて適宜調節すればよい。
このときの銀インク組成物は、配合成分が異なる点以外は、二酸化炭素を用いない上記の銀インク組成物と同様の方法で製造できる。そして、得られた銀インク組成物は、配合成分がすべて溶解していてもよいし、一部の成分が溶解せずに分散した状態であってもよいが、配合成分がすべて溶解していることが好ましく、溶解していない成分は均一に分散していることが好ましい。
前記印刷法としては、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、ディップ式印刷法、インクジェット式印刷法、ディスペンサー式印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、パッド印刷法等が例示できる。
前記塗布法としては、スピンコーター、エアーナイフコーター、カーテンコーター、ダイコーター、ブレードコーター、ロールコーター、ゲートロールコーター、バーコーター、ロッドコーター、グラビアコーター等の各種コーターや、ワイヤーバー等を用いる方法が例示できる。
例えば、基材11及び銀層12以外に、銀層12を被覆してその変質及び破損を抑制するためのオーバーコート層等、その他の層を備えた積層体でもよい。
また、ここでは、基材11の主面のうち、一方の面のみに銀層12を備えた積層体を示しているが、両方の主面(前記一方の面と、これとは反対側の他方の面と、の両方)に銀層12を備えた積層体でもよい。
第二の実施形態に係る前記積層体としては、前記樹脂構造体が銀層と銀層以外の他の層との間に設けられた中間層であるものが挙げられる。ここで「中間層」とは、二層(上層及び下層)間に設けられたものであり、二層の密着強度を向上させるための密着層が例示できる。また、「他の層」とは、銀層以外の層であれば特に限定されず、配線が設けられた回路基板やアンテナ構造体等において使用される基材が例示できる。
ここに示す積層体2は、基材21上に密着層23を介して銀層22を備える。すなわち、積層体2は、基材21上に密着層23及び銀層22がこの順に積層されたものである。そして、密着層23は前記樹脂構造体であり、ポリビニルアセタール及びCNFを含有する。また、銀層22はカルボン酸銀を用いて形成されたものである。
基材21の材質として具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、ポリアミド(PA)、ポリイミド、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリアリレート、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等の合成樹脂が例示できる。
また、基材21の材質としては、上記以外にも、ガラス、シリコン等のセラミックスや、紙が例示できる。
また、基材21は、ガラスエポキシ樹脂、ポリマーアロイ等の、二種以上の材質を併用したものでもよい。
例えば、基材21の主面(密着層23が形成されている表面)を上方から見下ろすように、積層体2を平面視したときの、密着層23の形状は、目的に応じて任意に設定でき、後述する銀層22の形状を考慮して設定すればよい。例えば、基材21の表面全面に密着層23が設けられていてもよいし、基材21の表面のうち、一部のみに密着層23が設けられていてもよく、この場合、密着層23はパターニングされていてもよい。
例えば、基材21、密着層23及び銀層22以外に、銀層22を被覆してその変質及び破損を抑制するためのオーバーコート層等、その他の層を備えていてもよい。
また、ここでは、基材21の主面のうち、一方の面のみに密着層23及び銀層22を備えた積層体を示しているが、両方の主面(前記一方の面と、これとは反対側の他方の面と、の両方)に密着層23及び銀層22を備えた積層体でもよいし、他方の面に密着層23を備えず、銀層22が基材21上に直接形成された積層体でもよい。
本発明に係る電子機器は、前記積層体を用い、前記基材を筐体として備えたことを特徴とし、例えば、前記積層体中の基材で筐体の少なくとも一部を構成したこと以外は、公知の電子機器と同様の構成とすることができる。例えば、前記積層体を回路基板として用いることができ、また、前記積層体に加え、音声入力部、音声出力部、操作スイッチ、表示部等を組み合わせることにより、携帯電話機を構成できる。また、銀層を低温で形成することも可能であり、基材等の材質を幅広く選択できるので、設計の自由度が飛躍的に向上し、より合理的な構造とすることも可能である。
本発明に係る電子機器は、長期に渡って安定した性能を維持することが可能である。
<積層体の製造>
(銀インク組成物の製造)
液温が50℃以下となるように、2−エチルヘキシルアミン(後述する2−メチルアセト酢酸銀に対して1倍モル量)に2−メチルアセト酢酸銀を添加して、15分間撹拌することにより、液状物を得た。この液状物に、反応液の温度が50℃以下となるように、ギ酸(2−メチルアセト酢酸銀に対して0.8倍モル量)を30分間かけて滴下した。ギ酸の滴下終了後、25℃にて反応液をさらに1.5時間撹拌することにより、銀インク組成物を得た。各成分の配合比を表1に示す。表1中、「含窒素化合物(モル比)」とは、カルボン酸銀の配合量1モルあたりの含窒素化合物の配合量(モル数)([含窒素化合物のモル数]/[カルボン酸銀のモル数])を意味する。「還元剤(モル比)」も同様に、カルボン酸銀の配合量1モルあたりの還元剤の配合量(モル数)([還元剤のモル数]/[カルボン酸銀のモル数])を意味する。
文献「Masaya Nogi et al,Nanoscale,2013,5,4395−4399」に記載の方法を参考に、以下の方法でCNFシートを調製した。
撹拌機(Vita Mix社製「ABS−BU」)を用いて、2質量%の濃度で広葉樹のサルファイトパルプが懸濁した状態のスラッシュパルプ(日本製紙ケミカル社製)を、3700rpmで5分間撹拌した。
次いで、得られた撹拌物(懸濁液)を、パルプの濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、超高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製「HJP−25005E」)を用いて、この希釈した懸濁液を直径0.15mmのノズルから245MPaの圧力で、セラミックボールに衝突させ、この操作を50回繰り返した。
次いで、ろ紙を用いて得られた懸濁液を吸引ろ過し、ろ紙の上に残った固形分(CNF)をエタノールで洗浄した後、そのまま常温で24時間放置し、ろ紙から引き剥がすことにより、厚さ14μmのCNFシートを得た。
また、Ri−1がプロピル基(−C3H7)である構成単位(i)−1を72〜74モル%有し、構成単位(i)−2を4〜6モル%有し、構成単位(i)−3を22モル%有し、下記方法で測定したTgが64℃であり、分子量が110000であるポリビニルアセタール(I)と、エタノールとを用いて、濃度が5質量%である、ポリビニルアセタール(I)の溶液を調製し、その温度を23℃として、ここに上記のCNFシートを12時間浸漬した後、取り出し、乾燥させた。
以上により、ポリビニルアセタール(I)及びCNFを含有する、厚さが15μmの樹脂構造体を得た。なお、この樹脂構造体のポリビニルアセタール(I)の含有量を求めたところ、CNFの含有量に対して0.43質量倍であった。
示差走査熱量測定(DSC)により測定した。すなわち、下記装置を用いて、試料(約10g)を昇温速度10℃/分で20℃から150℃まで昇温させて水分を除去した後、降温速度10℃/分で150℃から20℃まで降温させ、再度、昇温速度10℃/分で20℃から150℃まで昇温させて、この間、試料が相転移し、比熱が変化した温度を求めてTgとした。
測定装置:示差熱分析装置(SII社製「DSC6200R」)
容器:アルミニウム製
リファレンス:アルミナ
上記で得られた樹脂構造体上にスクリーン印刷法により、上記で得られた銀インク組成物を塗布した後、これを80℃で2時間、オーブン内で加熱(焼成)処理することにより、導電層として銀層(厚さ1〜2μm)を樹脂構造体の表面上に、線幅0.5mm、線長30mmとなるようにライン状にパターニングして形成した。
(密着強度の評価)
得られた積層体について、JIS K5600−5−6に準拠して、銀層と樹脂構造体との密着強度を評価した。すなわち、面積が同等の領域が25個形成されるように、銀層において直交する2方向に表面側から切れ込みを入れてクロスカットし、このクロスカット後の銀層表面にテープを貼付した後、このテープを剥がし、25個の領域のうち、銀層の樹脂構造体からの剥離が見られない領域の数を確認し、その数に基づいて銀層と樹脂構造体との密着強度を評価した。結果を表2に示す。表2中、○及び×はそれぞれ以下のことを意味する。
○:分類0〜1
×:分類2〜5
(体積抵抗率の測定及び評価)
銀層について、線抵抗値R(Ω)、断面積A(cm2)、及び線長L(cm)を測定し、式「ρ=R×A/L」により体積抵抗率ρ(Ω・cm)を算出した。線抵抗値Rはデジタルマルチメータ(三和電気計器社製「PC5000a」)を用いて測定し、断面積Aは形状測定レーザマイクロスコープ(キーエンス社製「VK−X100」)を用いて測定した。そして、下記基準に従って、銀層の体積抵抗率を評価した。結果を表2に示す。
○:測定値が10μΩ・cm以下である。
×:測定値が10μΩ・cmより大きい。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、フェノール樹脂(1)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体(厚さ15μm)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。樹脂構造体は、フェノール樹脂(群栄化学社製「PL4414」、熱硬化タイプ、固形分40%エタノール溶液)とCNF(1)とを含有する分散液を調製し、型を用いて、この分散液を風乾後、150℃で2時間加熱して重合させることによって得た。また、前記分散液において、重合開始前のフェノール樹脂の含有量は、CNF(1)の含有量に対して0.43質量倍とした。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、アクリル樹脂(1)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体(厚さ15μm)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。樹脂構造体は、アクリル樹脂(三菱化学社製「UV3000A」、紫外線硬化タイプ)とCNF(1)を含有する分散液を調製し、型を用いて、この分散液に紫外線を8分間照射して重合させ、その後加熱することなく得た。また、前記分散液において、重合開始前のアクリル樹脂の含有量は、CNF(1)の含有量に対して0.43質量倍とした。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、アクリル樹脂(2)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体(厚さ15μm)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。樹脂構造体は、アクリル樹脂(東亜合成社製「アニロックスUV3701」、紫外線硬化タイプ)とCNF(1)を含有する分散液を調製し、型を用いて、この分散液に紫外線を8分間照射して重合させ、その後加熱することなく得た。また、前記分散液において、重合開始前のアクリル樹脂の含有量は、CNF(1)の含有量に対して0.43質量倍とした。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
2−エチルヘキシルアミン、2−メチルアセト酢酸銀及びギ酸が配合されてなる上記の銀インク組成物に代えて、銀粒子及びバインダーを含む市販品の銀ペースト(トーヨーケム社製「RAFS039」)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、フェノール樹脂(1)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体を用い、2−エチルヘキシルアミン、2−メチルアセト酢酸銀及びギ酸が配合されてなる上記の銀インク組成物に代えて、銀粒子及びバインダーを含む市販品の銀ペースト(トーヨーケム社製「RAFS039」)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。ここで樹脂構造体は、比較例1と同じものである。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、アクリル樹脂(1)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体を用い、2−エチルヘキシルアミン、2−メチルアセト酢酸銀及びギ酸が配合されてなる上記の銀インク組成物に代えて、銀粒子及びバインダーを含む市販品の銀ペースト(トーヨーケム社製「RAFS039」)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。ここで樹脂構造体は、比較例2と同じものである。結果を表2に示す。
<積層体の製造及び評価>
ポリビニルアセタール(I)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体に代えて、アクリル樹脂(2)及びCNF(1)を含有する樹脂構造体を用い、2−エチルヘキシルアミン、2−メチルアセト酢酸銀及びギ酸が配合されてなる上記の銀インク組成物に代えて、銀粒子及びバインダーを含む市販品の銀ペースト(トーヨーケム社製「RAFS039」)を用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で積層体を製造及び評価した。ここで樹脂構造体は、比較例3と同じものである。結果を表2に示す。
これに対して、比較例1〜3の積層体は、銀層形成用組成物として銀インク組成物を用いたことにより、銀層の体積抵抗率が低かったが、フェノール樹脂又はアクリル樹脂及びセルロースナノファイバーを含有する樹脂構造体を用いたことにより、銀層と樹脂構造体との密着強度が低かった。
また、比較例4〜7の積層体は、銀層形成用組成物として上記の銀ペーストを用いたことにより、銀層と樹脂構造体との密着強度は高かったが、銀層の体積抵抗率が高かった。
Claims (4)
- 樹脂構造体上にカルボン酸銀を用いて銀層が形成され、
前記樹脂構造体が、ポリビニルアセタール及びセルロースナノファイバーを含有することを特徴とする積層体。 - JIS K 5600−5−6に準拠した、前記樹脂構造体及び銀層の密着性試験において、分類0又は1を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の積層体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層体を用い、前記樹脂構造体を筐体として備えたことを特徴とする電子機器。
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