JP6453533B2 - フッ素添加リンドープ導電性酸化スズ粉末およびその製造法並びにそれを用いた膜組成物 - Google Patents
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Description
(製造方法)
本発明にかかる導電性粉末は、酸化スズの重量を100重量部としてリンを0.5〜5重量部およびフッ素を0.5〜4.0重量部添加した水酸化スズを生成させ、該生成物に水溶性高分子を吸着させながら洗浄し、雰囲気制御しながら焼成処理することにより製造することができる。焼成処理は、典型的には、不活性ガスによる雰囲気空気の置換、焼成温度までの昇温、焼成温度における焼成、焼成温度から室温への冷却の各工程からなる。該焼成処理の際、昇温前の雰囲気空気の置換工程及び焼成後の冷却工程において不活性ガスを流すが、酸素欠陥を発生させる昇温工程及び焼成工程では不活性ガスの流入を停止することにより、雰囲気制御を行う。400〜700℃の焼成温度で焼成することにより、比表面積が40〜100m2/g、体積抵抗が100Ω・cm以下であることを特徴とするフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末が得られる。
リンおよびフッ素を含んだ水酸化スズは、公知の加水分解法で得られ、スズ塩あるいはスズ酸塩の溶液にリン化合物およびフッ素化合物を溶解し、アルカリもしくは酸を同時添加することにより得られる。このとき、反応温度は50〜90℃、pHは2〜5の範囲で反応させることが好ましい。反応温度が50℃より低いと、中和熱により温度制御が難しくなる。また、反応温度を90℃より高くするとエネルギーの損失が大きくなる。pHが2よりも低いと生成する粒子が凝集し易く、pHが5よりも高いと粒子が大きくなり過ぎて、透明性が低下する。また、反応中の固形分濃度は薄くする方が、透明樹脂膜に配合したときに、高い透明性を得るのに好ましい。
フッ素の添加は、リンを含んだ含水酸化スズを生成させた後にフッ素化合物を添加する方法でも良いが、スズ源の溶液および中和源に溶解しておき、スズの加水分解反応中にリンと一緒に水酸化スズの構造中に取り込まれる方法が好ましい。
フッ素化合物としては、例えばフッ化スズ、フッ化アンモニウム、フッ化水素、フッ化ホウ素などを用いることができる。
本発明の導電性粉末の製造方法には、加水分解反応で得られたリンおよびフッ素含有水酸化スズの洗浄工程が含まれる。洗浄は、処理懸濁液を純水で希釈し水溶性高分子化合物を添加して凝集させた後、デカンテーションして洗浄を行うことにより、懸濁液中の電解質濃度を低下させると共に水溶性高分子化合物を水酸化スズの凝集体上に吸着させる方法が好ましい。当該洗浄物をろ過、乾燥した後に行う焼成工程において、吸着した高分子化合物が分解して生成する還元性のガスによって、リンおよびフッ素含有酸化スズ粒子SnO(2−x)中に最適量の酸素欠陥が生成され、良好な導電性を発現することができる。このような水溶性高分子化合物は、従来公知の方法で製造することができ、また市場から入手することもできる。
水溶性高分子化合物としては、カチオン化水溶性高分子、及びアニオン化水溶性高分子が挙げられる。
焼成処理は、前述のとおり、典型的には、不活性ガスによる雰囲気空気の置換、焼成温度までの昇温、焼成温度における焼成、焼成温度から室温への冷却の各工程からなる。酸化スズ粒子の導電性は、粒子中の酸素欠損に由来するものであるため、焼成は非酸化性雰囲気において行う必要がある。
焼成後にフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末にシランカップリング剤、多価アルコール等の有機物等の処理をすることができる。導電粉の表面に有機物処理を行うことにより、導電粉を樹脂中に分散させる場合、樹脂への分散が良くなる。また、表面に有機物処理をすることにより、体積抵抗を劣化させる要因である空気中の酸素が遮断されるので、体積抵抗の経時安定化にも寄与する。有機物表面処理法としては、公知の方法が適用できる。
本発明のフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末を塗料、インク、エマルジョン、繊維に配合することにより、導電性塗料、導電性インク、導電性エマルジョン、導電性繊維を製造することができる。また、サンドグラインダー等を用いて導電性酸化スズ粉末を含有した樹脂塗料を作製し、導電性あるいは制電性を付与したい基材上に塗布し、塗膜として使用することが出来る。塗膜成分としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂が好ましい。配合する導電性酸化スズの濃度は、その目的とする導電性能に応じて適宜調整する必要があるが、好ましくは、樹脂塗料全体を100重量%として、樹脂塗料中に導電性酸化スズを60〜80重量%含む。配合する導電性酸化スズ粉末の量が少なすぎると所望する表面抵抗が得られず、多すぎると塗膜の強度が低下し、更にコストの上昇につながるために好ましくない。
スズ加水分解反応生成物の調整:純水5.0Lを70℃に加温保持した。別途用意した、スズ酸ナトリウム983.1gを純水2.5Lに溶解し、溶液Aを得た。これとは別に中和用の6N塩酸1.3Lにオルトリン酸18.6gとフッ化スズ25.3gを溶解し溶液Bを得た。溶液AおよびBをpHが2〜3に保持する様に約1.7時間かけて、同時滴下した。その後、30分間撹拌保持して熟成した。最終固形分濃度は結果的に60g/Lとなった。
乾燥工程:得られた洗浄ケーキを110℃で乾燥した。
焼成処理:得られた乾燥粉末1.2kgを内容積15Lのアドバンテック東洋製バッチ式ロータリーキルン炉へ仕込み各工程において以下に示す雰囲気条件aの窒素流量を流して焼成処理を行い、焼成物を得た。
雰囲気条件a
A工程:昇温前の窒素パージ。窒素ガス流量を1L/分で30分間吹き込み。
B工程:6.5℃/分の速度で600℃まで昇温。窒素ガス流量0L/分
C工程:600℃で60分間保持。窒素ガス流量0L/分
D工程:空冷にて5℃/分の速度で室温まで冷却。窒素ガス流量1L/分
粉砕工程:気流式にて粉砕を行い目的とする試料Aを得た。
実施例1において、最終固形分濃度を20g/Lとすること以外は実施例1と同様に処理して目的とする試料Bを得た。
実施例1において、スズ源を塩化第二スズとすること以外は実施例1と同様に処理して目的とする試料Cを得た。
実施例1において、フッ素源をフッ化アンモニウムとすること以外は実施例1と同様に処理して試料Dを得た。
実施例1において、フッ素量2.5部とすること以外は実施例1と同様に処理して目的とする試料Eを得た。
実施例1において、リン量3.0部およびフッ素量3.6部とすること以外は実施例1と同様に処理して目的とする試料Fを得た。
フッ素を添加していないこと以外は実施例1と同様に処理して試料Gを得た。
焼成処理時に窒素ガスを1L/分で常時吹き込みながら行うこと以外は、実施例1と同様に処理して試料Hを得た。
試料を窒素中150℃30分間の脱気処理を行った後、マイクロメトリックス社製ジェミニ2360型にてBET1点法によって比表面積を測定した。この結果を表1に示した。
試料を230kgf/cm2の加圧成形した状態(直径25.4mm)で敬誠(株)製
LCRメーターAR-480D型を接続し、抵抗値を測定した。あわせてそのときの試料の厚さを測定し、体積抵抗値を算出した。この結果を表1に示した。
試料を空気雰囲気中150℃にて1時間加熱した後、上記測定方法にて体積抵抗を測定した。この結果を表1に示した。
導電性粉末を大日本塗料製の透明アクリル樹脂アクリディックA−168(樹脂分50重量%)とともにキシレン−トルエン混合溶液に添加し、ペイントシェーカーを用いて120分間ビーズ分散して分散液を作成した。この分散液を、ドクターブレードを用いてPETフィルムに塗布し、1時間風乾し酸化スズ含有量80部、膜厚2μmの透明塗膜を形成した。
この薄膜について、スガ試験機製直読ヘーズコンピユーター分光光度計HGM−2DP型を用いて可視光透過率を測定した。この結果を表2に示した。
酸化スズ含有量80重量部、膜厚2μmの薄膜について、横河ヒューレットパッカード社製表面抵抗測定装置HP4339A型を用いて表面抵抗を測定した。この結果を表2に示した。
Claims (4)
- 酸化スズの重量を100重量部として1.0〜3.0重量部のリン、および1.2〜3.6重量部のフッ素を含有し、比表面積が40〜100m2/gであり、体積抵抗が40Ω・cm以下であり、
空気雰囲気中、150℃で1時間加熱した後の体積抵抗が81Ω・cm以下である
ことを特徴とするフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末。 - リン化合物およびフッ素化合物の存在下において、スズ塩あるいはスズ酸塩を加水分解してリンおよびフッ素を含んだ水酸化スズを生成させ、該生成物に水溶性高分子を吸着させた後、還元雰囲気下で400〜700℃にて焼成処理することを特徴とする、請求項1に記載のフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末を製造する方法。
- 塗料全体を100重量%として、フッ素添加リンドープ酸化スズを塗料中に60〜80重量%含んだ塗料であって、
前記フッ素添加リンドープ酸化スズが、酸化スズの重量を100重量部として0.5〜5重量部のリン、および0.5〜4.0重量部のフッ素を含有し、比表面積が40〜100m 2 /gであり、体積抵抗が40Ω・cm以下であり、および空気雰囲気中で150℃で1時間加熱した後の体積抵抗が81Ω・cm以下であり、
前記塗料が、膜厚2μmの透明薄膜を形成した場合に該薄膜の全光線透過率85%以上、ヘーズ3%以下および表面抵抗が1×107Ω/□以下となる塗料。 - 請求項1に記載するフッ素添加リンドープ酸化スズ粉末を含有する膜組成物。
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