JP7057183B2 - 銀微粒子分散体の製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、本発明の製造方法においては、錯化合物形成後の反応系の粘度を低下させることができるため、銀微粒子分散体を安全に大量合成することができる。
上記第一工程に用いられる銀化合物としては、銀を含む化合物の中で、加熱によって容易に分解して原子状の銀を生成する銀化合物であればよく、種々の公知の銀化合物を用いることができ、例えば、銀塩又は銀塩の水和物を用いることができる。具体的には、硝酸銀、硫酸銀、塩化銀、酸化銀、酢酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銀、亜硝酸銀、塩素酸銀、硫化銀等の銀塩が挙げられる。これらは還元可能なものであれば特に限定されず、適当な溶媒中に溶解させても、溶媒中に分散させたまま使用してもよい。また、これらは単独で用いても複数併用してもよい。なかでも、シュウ酸銀が好ましい。シュウ酸銀は、最も単純なジカルボン酸銀であり、シュウ酸銀を用いて合成されるシュウ酸銀アミン錯体は、低温かつ短時間で還元が進むことから、本実施形態の銀微粒子の合成に好適である。更に、シュウ酸銀を用いると、合成時には副生成物が発生せず、系外にシュウ酸イオン由来の二酸化炭素が出るのみであるため、合成後に精製の手間が少ない。
上記第一工程に用いられるアミンとしては、特に限定されず、第一級~第三級アミンを用いることができるが、銀化合物を錯体化させ錯化合物を形成させる観点から選択されることが好ましい。
例えば、炭素数が5以下の短鎖アミンが好適に用いられる。炭素数が5以下の短鎖アミンを用いることで、錯化合物の生成が速やかに進行するためである。また、炭素数が5以下の短鎖アミンの他にも、アルコキシ基のような高極性基を含有するアミンについても好適に用いられる。炭素数が5以下のアミンや、アルコキシ基のような高極性基を含有するアミンは、極性が高い傾向にあるため、金属化合物中の金属原子に対して配位結合を生じる際の結合エネルギーが強く、錯体の生成のための駆動力が向上すると考えられるためである。また、短鎖アミンは低分子であるために固体状態の金属化合物中への浸透性が高く、銀原子と配位しやすいと考えられるためである。
上記第一工程で用いられる第一の溶媒としては、その分配係数(logP値)が、上記第三工程で用いられる上記第二の溶媒の分配係数(logP値)に対し、±5以内となるものであれば、種々の溶媒を用いることができる。第一の溶媒の分配係数(logP値)が第二の溶媒の分配係数(logP値)との関係で上記特定の関係を満たす場合は、得られた銀微粒子を分散させるための第二の溶媒における極性と同程度の極性を有することとなり、第一の溶媒と第二の溶媒とが相溶するため、得られた銀微粒子分散体において第一の溶媒は分散助剤として機能するためである。
なお、上記混合液中の錯化合物は、銀化合物とアミンとから形成されるものであるため、上記錯化合物の質量部は、混合液中の銀化合物の質量部とアミンの質量部との和である。
上記湿潤分散剤は、特に限定されず、一般に使用されているものを用いることができる。
例えば、市販されている湿潤分散剤としては、ソルスパース(SOLSPERSE)11200、ソルスパース13940、ソルスパース16000、ソルスパース17000、ソルスパース18000、ソルスパース20000、ソルスパース21000、ソルスパース24000、ソルスパース26000、ソルスパース27000、ソルスパース28000(以上、日本ルーブリゾール社製);DISPERBYK-102、110、111、170、190.194N、2015、2090、2096(以上、ビックケミー・ジャパン社製);EFKA-46、EFKA-47、EFKA-48、EFKA-49(以上、EFKAケミカル社製);ポリマー100、ポリマー120、ポリマー150、ポリマー400、ポリマー401、ポリマー402、ポリマー403、ポリマー450、ポリマー451、ポリマー452、ポリマー453(以上、EFKAケミカル社製);アジスパーPB711、アジスパーPA111、アジスパーPB811、アジスパーPW911(以上、味の素社製);フローレンDOPA-15B、フローレンDOPA-22、フローレンDOPA-17、フローレンTG-730W、フローレンG-700、フローレンTG-720W(以上、共栄社化学工業社製);TEGO Dispersシリーズの610、610S、630、651、655、750W、755W(エボニック社製)、ディスパロンシリーズのDA-375、DA-1200(楠本化成社製)等が挙げられる。
なお、本明細書における湿潤分散剤とは、水及び有機溶剤等を含む液中の固体粒子の分散を補助する効果のあるものであり、溶媒と相溶する相溶性鎖と、粒子や顔料を吸着する吸着基の両方を併せ持った化合物のことをいう。上記相溶性鎖は主鎖、側鎖から成り、成分としては脂肪酸、ポリアミノ、ポリエーテル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリレートなどから成る。吸着基は、カルボン酸、アミン、リン酸、又はそれらの塩から成る。化合物の構造はシングル型、グラフト型、スター型、及び、それ以外の分岐型など特に限定されるものではない。また、分子量は数百~数万の化合物が一般的である。
加熱条件としては、例えば、80~150℃の温度に設定されることが好ましく、3~15分加熱されることが好ましい。
しかしながら、上記の通り第一工程において第一の溶媒を添加することにより、錯化合物の粘性を低減させることができるため、オイルバスやヒーターなどの伝熱過熱を用いた場合でも、加熱ムラが生じることなく均一に加熱することができる。
さらに、上記錯化合物は第一の溶媒下で熱分解されているため、分解前の錯化合物の凝集だけでなく、反応系内に生成された上記原子状銀の凝集も抑制されることから、原子状銀に配位したアミン分子の上記働きとの相乗効果により、非常に微細で、粒度分布が狭い銀微粒子を製造することが可能である。
具体的には、反応速度を過剰に高めてしまい、分散性に優れた銀微粒子を形成できない場合がある。そこで、より高極性な分散剤を銀微粒子合成後に添加することで、銀微粒子はそのままに分散媒に対する相溶性のみを高めること(表面改質)が可能となる。
・ISO6618-1997:指示薬滴定法による中和価試験法→指示薬滴定法(酸価)に対応
・ISO6619-1988:電位差滴定法(酸価)→電位差滴定法(酸価)に対応
(銀微粒子分散体の調製)
3-メトキシプロピルアミン(和光純薬工業株式会社 製試薬一級 炭素数:4)7.0gと、湿潤分散剤であるDISPERBYK-102(ビックケミー社製)0.2gとを混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌してアミン混合液を生成した。次いで、撹拌を行いながら、シュウ酸銀3.0gを添加した。シュウ酸銀の添加後、ここに第一の溶媒としてターピネオール(ヤスハラケミカル株式会社製 logP値1.7)5.0gを加え、室温で攪拌を3分続けたところで攪拌を終了した。(第一工程)。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりにブチルカルビトールアセテート(和光純薬工業株式会社製 logP値1.1)5.0gを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の銀微粒子分散体2を得た。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりにイソホロン(和光純薬工業株式会社製 logP値1.6)5.0gを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3の銀微粒子分散体3を得た。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりにトリプロピレングリコールジメチルエーテル(和光純薬工業株式会社製 logP値0.6)5.0gを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例4の銀微粒子分散体4を得た。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりにN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業株式会社製 logP値-0.5)5.0gを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例5の銀微粒子分散体5を得た。
上記第一工程におけるアミン混合液として、ブチルアミン(和光純薬工業株式会社 一級 炭素数:4)2.0gと、3-メトキシプロピルアミン3.5gと、湿潤子分散剤であるSOLSPERSE-21000(日本ルーブリゾール社製)0.2gとを混合し、マグネティックスターラーにてよく撹拌して生成されたアミン混合液を用い、上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりにトルエン(和光純薬工業株式会社製 logP値2.7)5.0gを用い、上記第二の溶媒としてエタノールの代わりにテトラデカン(和光純薬工業株式会社製 logP値7.2)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例6の銀微粒子分散体6を得た。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりに1-トリデカノール(和光純薬工業株式会社製 logP値5.7)5.0gを用い、上記第二の溶媒としてエタノールの代わりにブチルカルビトールアセテートを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例7の銀微粒子分散体7を得た。
実施例6のアミン混合液の生成において、3-メトキシプロピルアミンの代わりにヘキシルアミン(和光純薬工業株式会社製 試薬一級 炭素数:6)3.5gを用いた以外は実施例6と同様にして実施例8の銀微粒子分散体12を得た。
上記第一の溶媒であるターピネオールを添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして比較例1の銀微粒子分散体8を得た。
上記第一の溶媒であるトルエンを添加しなかったこと以外は実施例6と同様にして比較例2の銀微粒子分散体9を得た。
上記第一の溶媒としてターピネオールの代わりに1-トリデカノール 5.0gを用いた以外は、実施例1と同様にして比較例3の銀微粒子分散体10を得た。
上記第一の溶媒としてトルエンの代わりにターピネオール 5.0gを用いた以外は、実施例6と同様にして比較例4の銀微粒子分散体11を得た。
上記実施例及び比較例で得られた銀微粒子分散体について、(1)分散メジアン径、(2)分散性、(3)希釈性、及び、上記銀微粒子分散体で形成された導電性パターンについて、(4)体積抵抗値を測定した。各評価結果を、下記表1及び表2に示した。
得られた銀微粒子分散体を分散溶媒で100倍に希釈した試料を堀場製作所製の動的光散乱式粒径分布測定装置(型番:LB-550)を用い、動的光散乱法(Dynamic Light Scattering)にて測定し、分散粒径を得た。なお、上記分散溶媒は、各実施例及び各比較例における銀微粒子分散体に応じて用いる分散溶媒を変更しており、各実施例及び各比較例における第二の溶媒を上記分散溶媒として用いた。
(判定基準)
○:メジアン径40nm以下
△:メジアン径40nm超~50nm以下
×:メジアン径50nm超
得られた銀微粒子分散体を分散溶媒で2倍希釈して容器中に静置し、室温で1日放置し、その後、沈殿の有無及び上澄みの状態を目視で観察することにより、得られた銀微粒子分散体の分散性を評価した。容器下に沈降物がほとんど認められない場合を「○」、沈降物が少量認められた場合を「△」、容器上下で明らかに濃度差があり、沈降物がはっきり認められる場合を「×」と評価した。なお、上記分散溶媒は、各実施例及び各比較例における銀微粒子分散体に応じて用いる分散溶媒を変更しており、各実施例及び各比較例における第二の溶媒を上記分散溶媒として用いた。
得られた銀微粒子分散体を分散溶媒で100倍希釈し、希釈直後(初期)の分散性と、室温で1週間放置した後の分散性を、それぞれ目視で評価した。分散した場合を「○」、一部凝集や銀鏡が見られた場合を「△」、凝集・沈殿が生じた場合を「×」と評価した。なお、上記分散溶媒は、各実施例及び各比較例における銀微粒子分散体に応じて用いる分散溶媒を変更しており、各実施例及び各比較例における第二の溶媒を上記分散溶媒として用いた。
25mm×25mmのスライドガラス上に、スピンコート法により2000rpm×15秒の条件で得られた銀微粒子分散体を塗布し、その後ギヤオーブン中で120℃、30分間の条件で加熱・焼成することにより焼結させ、導電性被膜を形成した。この被膜の表面抵抗値を抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、「ロレスタ」、四深針方式)で測定し表面抵抗値を得た。次いで、厚みをレーザー顕微鏡(キーエンス社製)で測定した。そして、以下の式に基づき、表面抵抗値及び導電性被膜の厚みから体積抵抗値を換算した。
式:体積抵抗値(Ω・cm)=表面抵抗値(Ω/□)×被膜厚さ(μm)/10000
算出された体積抵抗値が10Ω・cm以下の体積抵抗値である場合を「○」、10Ω・cmより大きく20Ω・cm以下の体積抵抗値である場合を「△」、20Ω・cmより大きい体積抵抗値である場合を「×」と評価した。
Claims (6)
- 銀化合物と、アミンと、第一の溶媒とを混合し、錯化合物を含む混合液を調製する第一工程と、
前記混合液を加熱して前記錯化合物を熱分解させ、前記アミンで被覆された銀微粒子を得る第二工程と、
前記銀微粒子に第二の溶媒を添加し、銀微粒子分散体を得る第三工程とを有し、
前記第一の溶媒の分配係数(logP値)は、前記第二の溶媒の分配係数(logP値)に対して±5以内であり、
前記第一の溶媒は、N-メチルピロリドン、テルペン、ターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、イソホロン、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ブチルカルビトールアセテート、トルエン、トリデカン又は1-トリデカノールを含み、
前記銀微粒子は、分散メジアン径が50nm以下であることを特徴とする銀微粒子分散体の製造方法。 - 前記銀化合物は、シュウ酸銀であることを特徴とする請求項1に記載の銀微粒子分散体の製造方法。
- 前記アミンは、少なくとも1種のアルコキシアミンを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の銀微粒子分散体の製造方法。
- 前記アルコキシアミンは、炭素数が5以下のアルコキシアミンを含むことを特徴とする請求項3に記載の銀微粒子分散体の製造方法。
- 前記アルコキシアミンは、常圧での沸点が150℃以下のアルコキシアミンを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の銀微粒子分散体の製造方法。
- 前記混合液は、湿潤分散剤が添加されたものであることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の銀微粒子分散体の製造方法。
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