JPWO2012173245A1 - Silver powder and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
銀ペーストの溶剤や樹脂等との相溶性及び分散性が優れた銀粉及びその製造方法を提供するために、本発明に係る銀粉は、銀粉の表面に有機被膜層を形成し、内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上であり、本発明に係る銀粉の製造方法は、銀粒子に表面処理を行うことによって表面に有機皮膜層を形成した後、有機被膜層に損傷を与えない程度で十分な解砕処理を行う。In order to provide a silver powder excellent in compatibility and dispersibility with a solvent or resin of the silver paste and a method for producing the same, the silver powder according to the present invention forms an organic coating layer on the surface of the silver powder and has an internal friction angle. The contact angle in an aqueous solution of 50% by volume of methanol is 20 ° or less, and the silver powder production method according to the present invention forms an organic film layer on the surface by performing surface treatment on silver particles. Thereafter, sufficient crushing treatment is performed so as not to damage the organic coating layer.
Description
本発明は、銀粉及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、電子機器の配線層や電極等の形成に利用される銀ペーストの主たる成分となる銀粉及びその製造方法に関するものである。
本出願は、日本国において2011年6月16日に出願された日本特許出願番号特願2011−134337を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願を参照することにより、本出願に援用される。The present invention relates to a silver powder and a method for producing the same, and more particularly to a silver powder which is a main component of a silver paste used for forming a wiring layer or an electrode of an electronic device and a method for producing the same.
This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2011-134337 filed on June 16, 2011 in Japan. By referring to these applications, the present application Incorporated.
電子機器における配線層や電極等の形成には、樹脂型銀ペーストや焼成型銀ペーストのような銀ペーストが多用されている。これらの銀ペーストを各種基材上に塗布又は印刷した後、加熱硬化又は加熱焼成することによって、配線層や電極等となる導電膜を形成することができる。 Silver pastes such as resin-type silver paste and fired-type silver paste are frequently used for forming wiring layers, electrodes, and the like in electronic devices. After applying or printing these silver pastes on various substrates, a conductive film to be a wiring layer, an electrode, or the like can be formed by heat curing or heat baking.
例えば、樹脂型銀ペーストは、銀粉、樹脂、硬化剤、溶剤等からなり、導電体回路パターン又は端子の上に印刷し、100℃〜200℃で加熱硬化させて導電膜とし、配線層や電極を形成する。 For example, a resin-type silver paste is made of silver powder, resin, curing agent, solvent, etc., printed on a conductor circuit pattern or terminal, and cured by heating at 100 ° C. to 200 ° C. to form a conductive film, wiring layer or electrode Form.
また、焼成型銀ペーストは、銀粉、ガラス、溶剤等からなり、導電体回路パターン又は端子の上に印刷し、600℃〜800℃に加熱焼成して導電膜とし、配線層や電極を形成する。 Further, the fired silver paste is made of silver powder, glass, solvent, etc., printed on a conductor circuit pattern or terminal, and heated and fired at 600 ° C. to 800 ° C. to form a conductive layer, thereby forming a wiring layer or an electrode. .
これらの銀ペーストで形成された配線層や電極では、銀粉が連なることで電気的に接続された電流パスが形成される。 In wiring layers and electrodes formed of these silver pastes, electrically connected current paths are formed by continuous silver powder.
これらの銀ペーストに使用される銀粉は、粒径が0.1μmから数μmであり、形成する配線層の太さや電極の厚さ等によって使用される銀粉の粒径が異なる。また、銀ペースト中に均一に銀粉を分散させることにより、均一な太さの配線層、均一な厚さの電極を形成することができる。 The silver powder used in these silver pastes has a particle size of 0.1 μm to several μm, and the particle size of the silver powder used varies depending on the thickness of the wiring layer to be formed, the thickness of the electrode, and the like. Further, by uniformly dispersing silver powder in the silver paste, it is possible to form a wiring layer having a uniform thickness and an electrode having a uniform thickness.
一般に、銀ペーストを製造方法は、各構成要素を計量して所定の容器に入れ、万能撹拌器やニーダー等を用いて予備混練した後、3本ロール等で本混練を行う。予備混練では、各構成要素同士を十分に濡らし分散させることが重要であり、この予備混練を十分に行うことによって、本混練における銀箔の発生を防止し、銀ペースト中の銀粉の粒度を目的の粒度まで速やかに下げ、銀ペースト中に銀粉を均一に分散させることが可能となる。 In general, in the method for producing a silver paste, each component is weighed and placed in a predetermined container, preliminarily kneaded using a universal stirrer, kneader, or the like, followed by main kneading with a three-roll or the like. In the preliminary kneading, it is important to sufficiently wet and disperse each component. By sufficiently performing this preliminary kneading, the occurrence of silver foil in the main kneading can be prevented, and the particle size of the silver powder in the silver paste can be reduced. It is possible to rapidly lower the particle size and uniformly disperse the silver powder in the silver paste.
したがって、銀ペースト中で重量の大部分を占める銀粉には、粒径が均一で凝集が少ないことだけでなく、溶剤や樹脂等からなるビヒクルに対するなじみが良く、銀ペースト中での分散性が高いといった特性が求められる。このような特性は、嵩密度や粒度分布といった粉体の構造的な性質だけでなく、粉体表面の滑り易さや親水性、疎水性といった銀粉表面の化学的性質によっても変化する。 Therefore, the silver powder occupying most of the weight in the silver paste not only has a uniform particle size and little agglomeration, but also has good familiarity with vehicles made of solvents, resins, etc., and has high dispersibility in the silver paste. Such characteristics are required. Such characteristics vary depending not only on the structural properties of the powder such as bulk density and particle size distribution but also on the chemical properties of the silver powder surface such as the slipperiness of the powder surface, hydrophilicity and hydrophobicity.
銀ペーストに使用される銀粉について、例えば特許文献1では、球状銀粉が特定の嵩密度且つ成形体密度を有していることで、ビヒクル又は樹脂との相溶性を良好にすることが記載されている。しかしながら、特許文献1では、表面の化学的性質に関する記載はなく、このような構造的なパラメータだけではビヒクルや樹脂との相溶性を制御することは困難である。また、特許文献1には、銀粉の製造方法について、上記表面の化学的性質に大きく影響する銀粉の解砕方法等の製造方法については記載されていない。 Regarding silver powder used for silver paste, for example,
一方、特許文献2には、粒度分布測定によるD50値と画像解析によって得られる粒径DIAとの比D50/DIAを粉体の凝集度の目安とし、これが特定の値以下であれば低凝集性であると記載されている。確かに、この値が小さければ粉体中における凝集体の数は少ないと考えられる。しかしながら、特許文献2には、特許文献1と同様に、ペースト化するときのビヒクルや樹脂との相溶性に影響を及ぼす銀粉表面の化学的性質に関する記載や化学的性質に影響する製造方法に関する記載はない。 On the other hand, in
銀ペーストに用いる銀粉については、特許文献1や特許文献2のように、嵩密度や成形体密度、粉体の凝集度等、構造的な性質だけでは十分に銀ペーストの溶剤や樹脂等との相溶性、分散性を良くすることはできない。このため、銀粉については、相溶性及び分散性の更なる向上が求められている。 As for the silver powder used in the silver paste, as in
そこで、本発明は、上記した従来の事情に鑑み、銀ペーストの溶剤や樹脂等との相溶性及び分散性が優れた銀粉及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described conventional circumstances, an object of the present invention is to provide a silver powder excellent in compatibility and dispersibility with a solvent, a resin and the like of a silver paste, and a method for producing the same.
上述した目的を達成する本発明に係る銀粉は、内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上であることを特徴とする。 The silver powder according to the present invention that achieves the above-described object is characterized in that an internal friction angle is 20 ° or less and a contact angle in a 50% by volume methanol aqueous solution is 100 ° or more.
上述した目的を達成する本発明に係る銀粉の製造方法は、銀粒子に表面処理を行うことによって表面に有機皮膜層を形成した後、有機被膜層に損傷を与えない程度で十分な解砕処理を行うことを特徴とする。 The method for producing a silver powder according to the present invention that achieves the above-described object is to perform a sufficient crushing treatment so as not to damage the organic coating layer after forming an organic coating layer on the surface by subjecting the silver particles to a surface treatment. It is characterized by performing.
本発明では、銀粉の内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上であることによって、溶媒や樹脂等との相溶性が高く、分散性に優れ、容易にペースト化が可能なものである。これにより、本発明では、銀ペーストの品質及び生産性を向上させることができる。 In the present invention, the internal friction angle of the silver powder is 20 ° or less, and the contact angle in the 50% by volume methanol aqueous solution is 100 ° or more, so that the compatibility with solvents and resins is high and the dispersibility is excellent. It can be easily pasted. Thereby, in this invention, the quality and productivity of a silver paste can be improved.
以下に、本発明を適用した銀粉及び銀粉の製造方法について詳細に説明する。なお、本発明は、特に限定がない限り、以下の詳細な説明に限定されるものではない。 Below, the manufacturing method of the silver powder and silver powder to which this invention is applied is demonstrated in detail. Note that the present invention is not limited to the following detailed description unless otherwise specified.
図1に示す銀粉1は、硬化剤、樹脂、溶剤等から構成される樹脂型銀ペーストやガラス、溶剤等から構成される焼成型銀ペーストに含有される。銀粉1が含有された樹脂型銀ペーストや焼成型銀ペーストは、配線層や電極の形成に用いられる。このため、銀粉1は、電気的接続が図られるように、銀ペーストの溶剤や樹脂との相溶性が良く、ペースト中に偏りなく分散させる必要がある。銀粉1は、特に疎水的な溶剤を用いた銀ペーストに好適である。 A
銀粉1は、内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上である。更に、銀粉1は、アセトン滴定法による表面SP値が18以下であることが好ましい。この銀粉1は、粉体表面の化学的性質を低親水性にして滑りを良くすることで、銀ペーストの溶剤や樹脂といったビヒクルとの相溶性が良いものである。なお、銀粉1とは、一次粒子の他に、二次粒子及び凝集体も含むものとする。ここで、図1(A)に示すように、一次粒子とは球状の銀粒子2の個々のことをいい、図1(B)に示すように、融着、固着などによって一次粒子が複数連結した銀粒子2を二次粒子という。図1(C)に示すように、これらの一次粒子や二次粒子の銀粒子2が凝集したものを凝集体という。
銀粉1は、一次粒子が平均粒径0.1μm〜1.5μmの範囲であることが好ましい。一次粒子の平均粒径が0.1μm以上であることにより、銀ペースト(導電性ペースト)にした場合に抵抗を生じさせず導電性を良好なものとすることができる。また、一次粒子の平均粒径を1.5μm以下とすることにより、分散性を悪化させることなく、混練の際に銀フレークが発生せず、印刷性も良好となる。一次粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察により測定することができる。また、銀粉1の粒度は、レーザー回折散乱法を用いて測定したD50(体積積算50%径)で、0.5μm〜5μmであることが好ましく、1.0μm〜4.0μmであることがより好ましい。D50をこの範囲とすることで、銀ペースト用として好ましいものとなり、内部摩擦角が最適化され、ペースト中での分散性が改善される。 In the
銀粉1の内部摩擦角とは、粉体の滑りやすさを表すパラメータであり、市販されている粉体層せん断力測定装置によって測定することが可能である。銀ペースト用の銀粉1の場合では、内部摩擦角が20°を超えると粒子(銀粉1中において独立して存在する一次粒子、二次粒子もしくは凝集体)間の滑りが悪くなる。その結果、ペースト化するときに、溶剤や樹脂が銀粉1の粒子間に割って入ることができず、銀粉1の表面の一部しか濡らすことができなくなる。このような状態では、攪拌を行っても粒子同士がほぐれにくく銀粉1の分散性が悪いものとなる。分散性が悪い銀粉1は、各構成要素同士を濡らして分散させる予備混練に時間がかかるだけでなく、3本ロールミル等による本混練時に凝集した銀粉1が押し潰されて銀フレークが発生し易くなる。したがって、銀粉1は、内部摩擦角が20°以下であることによって、滑りが良くなり、溶剤や樹脂が粒子間に入り込み、相溶性が良くなるため、銀ペースト中における分散性が良くなる。 The internal friction angle of the
また、銀粉1は、製造直後に内部摩擦角が20°以下であることはもちろんのこと、製造後においても内部摩擦角が20°以下であることが維持され、溶剤や樹脂に混合してペースト化する際においても20°以下となっていることが好ましい。例えば、銀粉1を製造した後、例えば室温にて1月経過後であっても、銀粉1の内部摩擦角が20°以下である。内部摩擦角は、粒子の凝集によって変化するパラメータであり、製造直後は凝集の程度の低い粉体であっても、経時的に粒子間の凝集が進行することによって、内部摩擦角が大きくなることがある。経時的に変化して内部摩擦角が20°を超えた場合には、ペースト化するときに分散性が低下し、銀粉1が凝集するなどの様々な問題を引き起こしてしまう。そこで、20°以下の内部摩擦角が維持できていれば、凝集の進行が抑えられるため、ペースト化の際に問題が発生することを防止できる。 The
次に、銀粉1の接触角について説明する。銀粉1は、メタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上である。接触角は、銀粉1の表面の溶剤に対する濡れやすさを表すパラメータであり、例えば、水に対する接触角が大きいほど、疎水的なペースト溶剤に濡れやすくなる。逆に水に対する接触角が小さいほど親水性であり、疎水的なペースト溶剤に対する濡れは悪くなる。銀粉1の接触角は、成形した表面上で測定するのが一般的であるが、水で測定を行う場合、疎水性が大きい粉体では、成形粉体の表面上で水滴が真球状となり、水滴が滑って動いてしまうため精度良く計測することが困難である。このため、メタノール等の極性の低い溶媒を水に加え、溶媒の極性を下げて測定を行う方法が行われる。銀ペーストを作製する際には、一般的に疎水的な溶剤を用いることが多い。したがって、銀粉1が、接触角が100°未満の親水的な表面を有する場合、ペーストの溶剤や樹脂に対する相溶性が悪く、銀粉1と溶剤や樹脂との濡れが起こらず、ペースト化することが困難となる。また、無理に混練してペースト化した場合には、分散安定性が悪く再凝集によってペーストの分離が起こり易くなる。 Next, the contact angle of the
次に、銀粉1の表面SP値について説明する。銀粉1は、表面SP値が18以下である。表面SP値は、銀粉1の表面の極性を表すパラメータであり、小さいほど疎水性であり、大きいほど親水性である。 Next, the surface SP value of the
この表面SP値は、市販されている粉体濡れ性試験機等で測定可能であるが、簡易的には「色材、62(9)524−528」に記載されているようなアセトン滴定法でも測定が可能である。このアセトン滴定法では、疎水性の粉体を水(A[ml])に加え浮遊させる。スターラーで緩やかに攪拌をしながら、ビュレットでアセトンを滴下していき、粉体が濡れて沈降をするまでに要したアセトンの滴下量(B[ml])を計測する。水のSP値23.43、アセトンのSP値9.75、使用した水の体積及び使用したアセトンの体積から沈降したアセトン溶液のSP値を下記の式1より計算し、この値を銀粉1の表面SP値とする。 The surface SP value can be measured by a commercially available powder wettability tester or the like, but simply, an acetone titration method as described in “Coloring Materials, 62 (9) 524-528”. But measurement is possible. In this acetone titration method, a hydrophobic powder is added to water (A [ml]) and suspended. While gently stirring with a stirrer, acetone is dropped with a burette, and the dripping amount of acetone (B [ml]) required until the powder wets and settles is measured. The SP value of water 23.43, the SP value of acetone 9.75, the volume of water used and the SP value of the acetone solution settled from the volume of acetone used were calculated from the following
銀粉1の表面SP値が18より大きい場合には、親水性が大きすぎて、ペーストの溶剤や樹脂に対する相溶性が悪くなり、銀粉1と溶剤や樹脂との濡れが起こらず、ペースト化することが困難となる。また、無理に混練してペースト化しても、分散安定性が悪く再凝集によってペーストの分離が起こり易くなる。一方、銀粉1の表面SP値が18以下であることによって、銀粉1の親水性が大きくなり過ぎず、溶剤や樹脂との相溶性が良好となり、分散性が優れたものとなるため、ペースト化が容易になる。 When the surface SP value of the
銀粉1は、湿式還元法により得られた銀粒子2を表面処理して、図1のように一次粒子あるいは二次粒子の表面に有機被膜層3が形成されることによって、上述した内部摩擦角を20°以下にでき、且つメタノール50容量%水溶液での接触角を100°以上にすることができ、更にはアセトン滴定法による表面SP値も18以下とすることができる。この有機被膜層3は、界面活性剤、又は界面活性剤及び分散剤によって形成することができる。
有機被膜層3は、界面活性剤及び分散剤によって形成することが好ましい。銀粉1では、電離状態で界面活性剤を銀粒子2に吸着させることで凝集を抑制することが可能であるが、界面活性剤のみで凝集を抑制するためには添加量が多くなり過ぎてしまう。そのため、銀ペースト中で良好な分散状態が得られても配線層や電極の導電性が十分でないことがある。そこで、銀粉1の凝集を抑制し且つ配線層や電極の導電性を十分なものとするために、界面活性剤と分散剤を併用することが有効である。 The
有機被膜層3は、界面活性剤の銀粒子2への吸着時又は吸着後に分散剤を添加することによって、銀粒子2に吸着した界面活性剤に分散剤を更に吸着させて形成することが特に好ましい。銀粒子2の表面に界面活性剤を介して分散剤を吸着させて有機被膜層3を形成することによって、有機被膜層3は、銀粒子2の表面に強く付いている一方で、溶剤や樹脂との相溶性が良好なものとなる。これにより、銀粒子2の表面にほぼ一様に有機被膜層3が形成された銀粉1を溶剤や樹脂に混ぜても有機被膜層3が剥がれたりすることを抑制できる。 In particular, the
例えば、塩化銀を出発原料とした銀粉1の場合、界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤を用いることが好ましい。カチオン系界面活性剤は、pHの影響を受けることなく正イオンに電離するため、銀粉1への吸着性の改善効果が得られる。 For example, in the case of
カチオン系界面活性剤は、特に限定されるものではないが、モノアルキルアミン塩に代表されるアルキルモノアミン塩型、N−アルキル(C14〜C18)プロピレンジアミンジオレイン酸塩に代表されるアルキルジアミン塩型、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドに代表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩型、ヤシアルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライドに代表されるアルキルジメチルベンジルアンモニウム塩型、アルキルジポリオキシエチレンメチルアンモニウムクロライドに代表される4級アンモニウム塩型、アルキルピリジニウム塩型、ジメチルステアリルアミンに代表される3級アミン型、ポリオキシプロピレン・ポリオキシエチレンアルキルアミンに代表されるポリオキシエチレンアルキルアミン型、N、N’、N’−トリス(2−ヒドロキシエチル)−N−アルキル(C14〜18)1,3−ジアミノプロパンに代表されるジアミンのオキシエチレン付加型から選択される少なくとも1種が好ましく、4級アンモニウム塩型、3級アミン塩型のいずれか又はその混合物がより好ましい。 The cationic surfactant is not particularly limited, but is an alkyl monoamine salt type represented by a monoalkylamine salt, an alkyl diamine salt represented by an N-alkyl (C14 to C18) propylenediamine dioleate. Type, alkyltrimethylammonium salt type represented by alkyltrimethylammonium chloride, alkyldimethylbenzylammonium salt type represented by cocoalkyldimethylbenzylammonium chloride, quaternary ammonium salt type represented by alkyldipolyoxyethylenemethylammonium chloride , Alkylpyridinium salt type, tertiary amine type typified by dimethylstearylamine, polyoxyethylene alkylamine type typified by polyoxypropylene / polyoxyethylene alkylamine, N ′, N′-tris (2-hydroxyethyl) -N-alkyl (C14-18) 1,3-diaminopropane is preferably at least one selected from oxyethylene addition types of diamines represented by 4 Any of a quaternary ammonium salt type, a tertiary amine salt type, or a mixture thereof is more preferable.
カチオン系界面活性剤は、メチル基、ブチル基、セチル基、ステアリル基、牛脂、硬化牛脂、植物系ステアリルに代表されるC4〜C36の炭素数を持つアルキル基を少なくとも1個有することが好ましい。また、アルキル基としては、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン、ポリアクリル酸、ポリカルボン酸から選択される少なくとも1種を付加されたものであることが好ましい。これらのアルキル基は、分散剤として用いる脂肪酸との吸着が強いため、界面活性剤を介して銀粒子2に分散剤を吸着させる場合に脂肪酸を強く吸着させることができる。 The cationic surfactant preferably has at least one alkyl group having a carbon number of C4 to C36 represented by methyl group, butyl group, cetyl group, stearyl group, beef tallow, hard beef tallow, and plant stearyl. Moreover, as an alkyl group, it is preferable that at least 1 sort (s) selected from polyoxyethylene, polyoxypropylene, polyoxyethylene polyoxypropylene, polyacrylic acid, and polycarboxylic acid is added. Since these alkyl groups are strongly adsorbed with the fatty acid used as the dispersant, the fatty acid can be strongly adsorbed when the dispersant is adsorbed on the
カチオン系界面活性剤は、特に限定されるものではないが、フッ化物、臭化物、ヨウ化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらは一般的に界面活性剤の主成分として含まれ、入手が容易であることから好ましい。 The cationic surfactant is not particularly limited, but is preferably at least one selected from fluoride, bromide, iodide, chloride, sulfate, nitrate, and phosphate. These are preferable because they are generally contained as a main component of the surfactant and are easily available.
分散剤としては、例えば、脂肪酸、有機金属、ゼラチン等の保護コロイドを用いることができるが、不純物混入の恐れがなく且つ界面活性剤との吸着性を考慮すると、脂肪酸若しくはその塩を用いることが好ましい。なお、脂肪酸若しくはその塩は、エマルジョンとして添加してもよい。 As the dispersant, for example, protective colloids such as fatty acids, organometallics, and gelatins can be used. However, in view of adsorbability with a surfactant without fear of contamination with impurities, fatty acids or salts thereof may be used. preferable. In addition, you may add a fatty acid or its salt as an emulsion.
分散剤として用いる脂肪酸としては、特に限定されるものではないが、ステアリン酸、オレイン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、ラウリン酸、リノレン酸から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの脂肪酸は、沸点が比較的低いため、銀ペーストを用いて形成された配線層や電極への悪影響が少ないからである。脂肪酸は、元来、疎水性であり、銀粒子2の表面に界面活性剤を介して分散剤を吸着させることで、有機被膜層3の外面側に多く存在するようになり、銀粉1が疎水性を有するようになると考えられる。特に、銀粒子2に吸着しやすい、例えば、電荷的に銀粒子2表面と逆の電荷に電離する界面活性剤を選択することで、十分に界面活性剤を介して分散剤を吸着させることができ、銀粉1が十分な疎水性を示すようになる。 The fatty acid used as the dispersant is not particularly limited, but is preferably at least one selected from stearic acid, oleic acid, myristic acid, palmitic acid, linoleic acid, lauric acid, and linolenic acid. This is because these fatty acids have a relatively low boiling point and thus have little adverse effect on the wiring layer and electrodes formed using the silver paste. Fatty acids are inherently hydrophobic, and a large amount of fatty acid is present on the outer surface side of the
界面活性剤の添加量は、銀粒子2に対して0.002質量%〜1.000質量%の範囲が好ましい。界面活性剤は、ほぼ全量が銀粒子2に吸着されるため、界面活性剤の添加量と吸着量はほぼ等しいものとなる。界面活性剤の添加量が0.002質量%未満の場合には、銀粒子2の凝集抑制や分散剤の吸着性改善の効果が得られないことがある。一方、添加量が1.000質量%を超える場合には、銀ペーストを用いて形成された配線層や電極の導電性が低下するため好ましくない。 The addition amount of the surfactant is preferably in the range of 0.002% by mass to 1.000% by mass with respect to the
分散剤の添加量は、銀粒子2に対して0.01質量%〜3.00質量%の範囲が好ましく、0.01質量%〜1.00質量%がより好ましい。分散剤の種類により銀粒子2への吸着量は異なるが、添加量が0.01質量%未満の場合には、銀粒子2の凝集抑制の効果が十分に得られる量の分散剤が銀粒子2に吸着されないことがある。一方、分散剤の添加量が3.00質量%を超える場合には、銀粒子2に吸着される分散剤が多くなり、銀ペーストを用いて形成された配線層や電極の導電性が十分に得られないことがある。 The addition amount of the dispersing agent is preferably in the range of 0.01% by mass to 3.00% by mass with respect to the
銀粉1では、カチオン系界面活性剤を用いることで、銀粒子2に対する界面活性剤の吸着性が大幅に改善されるため、界面活性剤を銀粉1に強固に吸着させることができる。更に好ましくは、銀粒子2に吸着する界面活性剤を安定的に吸着させることによって、より一層凝集が抑制され且つペースト中での分散性に優れた銀粉1を得ることができる。 In the
次に、本発明の銀粉1の製造方法について、工程毎に説明する。 Next, the manufacturing method of the
銀粉1の製造方法は、例えば、塩化銀を出発原料とするものの場合以下の通りである。先ず、塩化銀を錯化剤により溶解して得た銀錯体を含む銀錯体溶液と還元剤溶液とを混合し、銀錯体を還元して銀粒子2を析出させる湿式還元法により銀粒子スラリーを生成する工程を行う。この銀粒子スラリーを生成する工程では、硝酸銀を出発原料とする従来の方法で必要とされた亜硝酸ガスの回収装置や廃水中の硝酸系窒素の処理装置を設置する必要がなく、環境への影響も少ないプロセスであることから、製造コストの低減を図ることができる。 The method for producing
具体的に、銀粒子スラリーを生成する工程では、先ず、錯化剤を用いて塩化銀を溶解し、銀錯体を含む銀錯体溶液を調製する。錯化剤としては、特に限定されるものではないが、塩化銀と錯体を形成しやすく且つ不純物として残留する成分が含まれないアンモニア水を用いることが好ましい。また、塩化銀は高純度のものを用いることが好ましい。このような塩化銀として、純度99.9999質量%の高純度塩化銀が工業用に安定的に製造されている。 Specifically, in the step of producing a silver particle slurry, first, silver chloride is dissolved using a complexing agent to prepare a silver complex solution containing a silver complex. Although it does not specifically limit as a complexing agent, It is preferable to use the ammonia water which is easy to form a complex with silver chloride and does not contain the component which remains as an impurity. Moreover, it is preferable to use a high purity silver chloride. As such silver chloride, high-purity silver chloride having a purity of 99.9999% by mass is stably produced for industrial use.
塩化銀の溶解方法としては、例えば錯化剤としてアンモニア水を用いる場合、塩化銀のスラリーを作製してアンモニア水を添加してもよいが、錯体濃度を高めて生産性を上げるためにはアンモニア水中に塩化銀を添加して溶解することが好ましい。塩化銀を溶解するアンモニア水は、工業的に用いられる通常のものでよいが、不純物混入を防止するため可能な限り高純度のものが好ましい。 As a method for dissolving silver chloride, for example, when ammonia water is used as a complexing agent, a slurry of silver chloride may be prepared and ammonia water may be added. However, in order to increase the complex concentration and increase productivity, ammonia may be added. It is preferable to dissolve by adding silver chloride in water. Ammonia water that dissolves silver chloride may be a normal one that is used industrially, but is preferably as highly pure as possible in order to prevent contamination with impurities.
次に、銀錯体溶液と混合する還元剤溶液を調製する。還元剤としては、一般的なヒドラジンやホルマリン等を用いることができる。アスコルビン酸は、還元作用が緩やかであるため、銀粒子2中の結晶粒が成長しやすく特に好ましい。ヒドラジンやホルマリンは、還元力が強いため、銀粒子2中の結晶が小さくなりやすい。また、反応の均一性又は反応速度を制御するために、還元剤を純水等で溶解又は希釈して濃度調整した水溶液として用いてもよい。 Next, a reducing agent solution to be mixed with the silver complex solution is prepared. As the reducing agent, general hydrazine, formalin and the like can be used. Ascorbic acid is particularly preferable because it has a moderate reducing action and thus the crystal grains in the
還元反応を行う際には、水溶性高分子を添加することが好ましい。添加する水溶性高分子としては、特に限定はされないが、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール又はポリビニルピロリドンの少なくとも1種であることが好ましい。水溶性高分子は、銀錯体を還元して銀粒子2を析出させる際に、銀の一次粒子もしくは二次粒子が過度に凝集しないように、銀粒子2の表面に吸着し、銀粒子2を分散させる分散剤の役割をする。水溶性高分子を添加しない場合には、銀錯体の還元により発生した核や核が成長した銀粒子2が過度に凝集を起こし、分散性が悪いものとなってしまうことがある。水溶性高分子を添加しない場合であっても、還元条件によって銀ペースト用として好ましい程度に銀粉1の粒度調整が可能であるが、水溶性高分子の添加によって、銀ペースト用としてより好ましい粒度に調整することが可能となる。水溶性高分子の添加量は、水溶性高分子の種類及び得ようとする銀粉1の粒径により適宜決めればよいが、銀錯体溶液中に含有される銀に対して1質量%〜10質量%の範囲とすることが好ましい。水溶性高分子の含有量を1質量%〜10質量%とすることによって、銀の一次粒子もしくは二次粒子の過度の凝集が生じず、銀粉1の粒度調整とともに後の工程において銀粒子2の表面に有機被膜層3を適切に形成することができる。 When performing the reduction reaction, it is preferable to add a water-soluble polymer. Although it does not specifically limit as a water-soluble polymer to add, It is preferable that it is at least 1 sort (s) of polyethylene oxide, polyethyleneglycol, polyvinyl alcohol, or polyvinylpyrrolidone. The water-soluble polymer is adsorbed on the surface of the
水溶性高分子は、銀錯体溶液及び還元剤溶液の両方、又はいずれか一方に添加することも可能である。銀錯体溶液及び還元剤溶液の両方、又はいずれか一方への水溶性高分子の添加については、還元処理に先立ち予め添加対象の溶液に添加してもよく、還元処理のための銀錯体含有溶液及び還元剤溶液の混合時に添加するようにしてもよい。より好ましくは予め還元剤溶液に水溶性高分子を混合しておく方がよい。このことは実験的に確認された結果であるが、還元剤溶液と水溶性高分子を混合しておくことで核発生又は核成長の場に水溶性高分子が存在し、生成した核又は銀粒子2の表面に迅速に水溶性高分子が吸着するため過度の凝集が抑えられると考えられる。また、銀錯体溶液に水溶性高分子を混合する際の濃度は、3質量%を超えて、10質量%以下とすることがより好ましい。水溶性高分子を、予め銀錯体含有溶液に添加した場合には、核発生あるいは核成長の場に水溶性高分子が供給され難く、銀粒子2の表面に適度に水溶性高分子を吸着させることができないおそれがあるため、3質量%よりも多く添加する。 The water-soluble polymer can be added to both or one of the silver complex solution and the reducing agent solution. The addition of the water-soluble polymer to either or both of the silver complex solution and the reducing agent solution may be added in advance to the solution to be added prior to the reduction treatment, and the silver complex-containing solution for the reduction treatment And may be added when the reducing agent solution is mixed. More preferably, it is better to mix a water-soluble polymer in the reducing agent solution in advance. This is a result confirmed experimentally. By mixing the reducing agent solution and the water-soluble polymer, the water-soluble polymer is present in the nucleation or nucleation field. It is considered that excessive aggregation is suppressed because the water-soluble polymer is rapidly adsorbed on the surface of the
水溶性高分子を添加した場合には、還元反応時に発泡することがあるため、銀錯体溶液又は還元剤混合液に消泡剤を添加するようにしてもよい。消泡剤は、特に限定されるものではなく、通常還元時に用いられるものでよい。ただし、還元反応を阻害させないため、消泡剤の添加量は、消泡効果が得られる最小限程度にしておくことが好ましい。 When a water-soluble polymer is added, foaming may occur during the reduction reaction. Therefore, an antifoaming agent may be added to the silver complex solution or the reducing agent mixed solution. The antifoaming agent is not particularly limited, and may be usually used at the time of reduction. However, in order not to inhibit the reduction reaction, the addition amount of the antifoaming agent is preferably set to a minimum level at which an antifoaming effect can be obtained.
なお、銀錯体溶液及び還元剤溶液を調製する際に用いる水については、不純物の混入を防止するため、不純物が除去された水を用いることが好ましく、純水を用いることが特に好ましい。 In addition, about the water used when preparing a silver complex solution and a reducing agent solution, in order to prevent mixing of an impurity, it is preferable to use the water from which the impurity was removed, and it is especially preferable to use a pure water.
銀粒子スラリーを生成する工程では、上記のごとく調製した銀錯体溶液と還元剤溶液とを混合し、銀錯体を還元して銀粒子2を湿式還元法により析出させる。この還元反応は、バッチ法でもよく、チューブリアクター法やオーバーフロー法のような連続還元法を用いて行ってもよい。また、銀粒子2の粒径は、銀錯体溶液と還元剤溶液の混合速度や銀錯体の還元速度で制御することが可能であり、目的とする粒径に容易に制御することができる。そして、得られた銀粒子スラリーをフィルター等でろ過し、銀粒子2を固液分離する。 In the step of generating the silver particle slurry, the silver complex solution prepared as described above and the reducing agent solution are mixed, the silver complex is reduced, and
この工程で得られた銀粒子2は、表面に多量の塩素イオン及び余剰の水溶性高分子が吸着している。従って、銀ペーストを用いて形成される配線層や電極の導電性を十分なものとするためには、得られた銀粒子2のスラリーを次の洗浄工程において洗浄し、これらの表面吸着物を洗浄により除去する必要がある。
洗浄方法としては、特に限定されるものではないが、スラリーから固液分離した銀粒子2を洗浄液に投入し、撹拌機又は超音波洗浄器を使用して撹拌した後、再び固液分離して銀粒子2を回収する方法が一般的に用いられる。また、表面吸着物を十分に除去するためには、洗浄液への投入、撹拌洗浄、及び固液分離からなる操作を、適宜数回繰り返して行うことが好ましい。 Although it does not specifically limit as a washing | cleaning method, after putting the
洗浄液は、水を用いてもよいが、塩素を効率よく除去するためにアルカリ水溶液を用いてもよい。アルカリ溶液としては、特に限定されるものではないが、残留する不純物が少なく且つ安価な水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。洗浄液として水酸化ナトリウム水溶液を用いる場合には、水酸化ナトリウム水溶液での洗浄後、ナトリウムを除去するために銀粒子2又はそのスラリーを更に水で洗浄することが望ましい。 The cleaning liquid may use water, but an alkaline aqueous solution may be used in order to efficiently remove chlorine. Although it does not specifically limit as an alkaline solution, It is preferable to use the sodium hydroxide aqueous solution with few remaining impurities and cheap. In the case of using an aqueous sodium hydroxide solution as the cleaning liquid, it is desirable to further wash the
洗浄に用いる水酸化ナトリウム水溶液の濃度は、0.01mol/l〜1mol/lが好ましい。0.01mol/l未満では、洗浄効果が不十分であり、1mol/lを超えると、銀粒子2にナトリウムが許容以上に残留することがある。なお、洗浄液に用いる水は、銀粒子2に対して有害な不純物元素を含有していない水が好ましく、特に純水が好ましい。 The concentration of the aqueous sodium hydroxide solution used for washing is preferably 0.01 mol / l to 1 mol / l. If it is less than 0.01 mol / l, the cleaning effect is insufficient, and if it exceeds 1 mol / l, sodium may remain in the
更に、銀粒子2の表面に有機被膜層3を形成する表面処理工程を行う。銀粒子2への表面処理工程では、銀粒子2を界面活性剤で処理するか、より好ましくは界面活性剤と分散剤で処理する。この表面処理は、銀粒子2が乾燥する前であればいずれの段階で行ってもよいが、塩素及び水溶性高分子を完全に除去すると銀粒子2が凝集し、除去後の表面処理では銀粒子2の表面への一様な表面処理が困難となることがあるため、還元同時若しくは還元直後に表面処理、銀粒子スラリーから銀粒子2を固液分離した後であって洗浄工程前に表面処理、又は洗浄工程と同時に表面処理を行うことが好ましい。 Further, a surface treatment process for forming the
表面処理工程では、例えば銀粒子スラリーから銀粒子2を固液分離した後に表面処理を行うことによって、還元剤起因の残留有機物等によって、界面活性剤や分散剤の吸着が阻害されることを防ぎ、効率的に表面処理を行うことができる。このため、十分な有機被膜層3が形成され、溶剤や樹脂等との相溶性及び分散性が確保される。 In the surface treatment step, for example, the surface treatment is performed after solid-liquid separation of the
また、洗浄を複数回繰り返して行う場合には、いずれの洗浄時に表面処理を行ってもよいが、銀粒子2に残留している塩素及び余剰の水溶性高分子が表面処理に影響を及ぼさない程度に除去され、銀粒子2の凝集が進行しない状態で行うこと、例えば洗浄を1回以上行った後に表面処理することが好ましい。 In addition, when the cleaning is repeated a plurality of times, the surface treatment may be performed at any time of cleaning, but the chlorine remaining in the
例えば、界面活性剤と分散剤を用いる好ましい表面処理の具体的方法としては、洗浄前の表面処理を行う場合、銀粒子スラリーから固液分離して得られた銀粒子2を、界面活性剤及び分散剤を添加した水中に投入して撹拌するか、界面活性剤を添加した水中に投入して撹拌した後、更に分散剤を添加して撹拌すればよい。また、洗浄液に界面活性剤及び分散剤を同時に添加するか、又は界面活性剤の添加後に分散剤を添加することで、洗浄と表面処理を同時に行ってもよい。銀粒子2への界面活性剤及び分散剤の吸着性を改善するためには、界面活性剤を添加した水又は洗浄液に銀粒子2を投入して撹拌した後、分散剤を更に添加し撹拌することが好ましい。 For example, as a specific method of preferable surface treatment using a surfactant and a dispersant, when performing the surface treatment before washing, the
なお、洗浄及び表面処理に用いられる装置は、通常、洗浄や表面処理に用いられる装置でよく、例えば撹拌機付の反応槽等を用いることができる。 In addition, the apparatus used for washing | cleaning and surface treatment may be an apparatus normally used for washing | cleaning and surface treatment, for example, the reaction tank with a stirrer etc. can be used.
次に、表面に有機被膜層3を形成した銀粒子2を回収する回収工程を行う。この回収工程は、表面処理及び洗浄を行った後、固液分離して銀粒子2を回収する。固液分離に用いられる装置は、通常用いられるものでよく、例えば遠心機、吸引濾過機、フィルタープレス等を用いることができる。 Next, the collection process which collect | recovers the
次に、洗浄及び表面処理が終了し、固液分離して得られた銀粒子2の水分を蒸発させて乾燥させる乾燥工程を行う。乾燥方法としては、例えば、洗浄及び表面処理の終了後に回収した銀粒子2をステンレスパッド上に置き、大気オーブン又は真空乾燥機等の市販の乾燥装置を用いて、40℃〜80℃の温度で加熱すればよい。 Next, after the cleaning and the surface treatment are completed, a drying process is performed in which the moisture of the
次に、乾燥後の銀粒子2を表面に形成した有機皮膜層3に損傷を与えない程度の十分弱いエネルギーで銀ペースト用として好ましい粒度まで十分に解砕し、分級処理する解砕・分級工程を行い、銀粉1が得られる。解砕方法は、有機皮膜層3に損傷を与えない程度であれば、特に限定されるものではなく、ジェットミル、高速撹拌機等の解砕力が弱い装置を用いることが好ましい。解砕力が強い装置では、有機皮膜層3に損傷を与えるばかりでなく銀粉1が変形することがあり好ましくない。分級装置は、特に限定されるものではなく、気流式分級機、篩い等を用いることができる。 Next, a pulverization / classification step of sufficiently pulverizing and classifying to a preferred particle size for silver paste with sufficiently weak energy that does not damage the
解砕処理とは、乾燥後の凝集粉を、表面処理前の一次粒子もしくは二次粒子の状態に解きほぐす操作をいう。解砕の手段としては、ボールミルや衝突式気流型粉砕器、衝撃式粉砕器、筒型高速攪拌機等種々のものを用いることが可能であるが、解砕のエネルギーが過度に弱すぎる場合には、湿式処理中や乾燥過程で生じた凝集体を十分に解きほぐすことができず、内部摩擦角を20°以下にすることはできない。一方で、解砕のエネルギーを過度に強くしすぎた場合には、銀粉1の表面の有機皮膜層3に損傷を与え、あるいは二次粒子における一次粒子同士の結合部が破壊されることにより、銀粉1の表面に金属銀の新生面が新たに露出することで表面の親水性が大きくなり、メタノール50容量%水溶液での接触角が100°未満になったり、アセトン滴定法による表面SP値が18より大きくなってしまう。更に、露出した新生面が活性点となり、保管中に再凝集し、経時的に内部摩擦角が大きくなる場合もある。 The crushing treatment refers to an operation of breaking up the aggregated powder after drying into a state of primary particles or secondary particles before the surface treatment. Various means such as a ball mill, a collision-type airflow pulverizer, an impact-type pulverizer, and a cylindrical high-speed stirrer can be used as the pulverization means, but if the pulverization energy is too weak In addition, the agglomerates generated during the wet process or the drying process cannot be sufficiently unraveled, and the internal friction angle cannot be reduced to 20 ° or less. On the other hand, when the energy of pulverization is excessively increased, the
したがって、いずれの解砕処理機を使用する場合においても、内部摩擦角、接触角、表面SP値といったパラメータを確認しながら解砕条件を調整し、一次粒子同士が結合した結合部の破壊を抑制するとともに銀粉1の表面の有機皮膜層3に損傷を与えない程度、即ち有機被膜層3が剥がれて銀粒子2が露出しないような解砕処理を加える必要がある。解砕条件は、解砕する装置の大きさや作製した銀粉1の状態等によって、適宜、解砕装置の回転数、解砕時間、温度等を決めるようになる。 Therefore, even when using any crusher, the crushing conditions are adjusted while checking parameters such as the internal friction angle, contact angle, and surface SP value, and the destruction of the bonded portion where primary particles are bonded to each other is suppressed. At the same time, it is necessary to add a crushing treatment that does not damage the
例えば、高速撹拌機を用いる場合には、攪拌機の容量により条件は異なるが、銀粒子2の投入量に応じて、有機被膜層3が損傷しないように攪拌機の周速と撹拌時間等を調整する。高速攪拌機を用いた場合の解砕条件としては、例えば、周速を10m/秒〜40m/秒にし、解砕時間を10分〜60分程度にすることが好ましい。 For example, when a high-speed stirrer is used, the conditions vary depending on the capacity of the stirrer, but the peripheral speed and stirring time of the stirrer are adjusted according to the input amount of the
なお、解砕処理後は、銀粒子スラリー生成工程や解砕・分級工程中に生成又は混入してしまった塊状の銀粉凝集体を除去する目的で、気流式又は篩い式等の分級処理を行うことが好ましい。 In addition, after the pulverization treatment, classification treatment such as an air flow method or a sieving method is performed for the purpose of removing agglomerated silver powder aggregates that have been generated or mixed in the silver particle slurry generation step or the pulverization / classification step. It is preferable.
上述した銀粉1の製造方法では、銀粒子スラリー生成工程によって得られた銀粒子2の表面に有機被膜層3を形成した後、銀粒子2に金属銀の新生面が新たに生成することを抑制するように解砕することによって、内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上である低親水性の銀粉1を得ることができる。更に、この銀粉1は、アセトン滴定法による表面SP値が18以下である。これにより、この製造方法では、銀粉1の内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上であることによって、銀ペーストの溶剤や樹脂等に対する濡れ性が優れているため、分散性が良く、容易にペースト化して銀ペーストを作製することができる。 In the manufacturing method of the
また、この製造方法により製造した銀粉1は、十分な表面処理が行われているため、製造直後だけではなく、銀ペーストの樹脂や溶剤と混合する際にも、内部摩擦角が20°以下となっているため、製造後しばらくしてから溶剤と混合する場合であっても、溶剤や樹脂等との相溶性が良好であり、分散性に優れているため、容易にペースト化することができる。 Moreover, since the
したがって、上述した銀粉1は、銀ペースト中で偏りなく分散されるため、銀ペーストで配線層や電極を形成した際には電気的接続を良好にすることができる。 Therefore, since the above-described
以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Specific examples to which the present invention is applied will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
実施例1では、先ず、38℃の温浴中で液温36℃に保持した25質量%アンモニア水36Lに、塩化銀2490g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入して銀錯体溶液を作製し、温浴中で36℃に保持した。<Example 1>
In Example 1, first, 2490 g of silver chloride (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) was added to 36 L of 25 mass% ammonia water maintained at a liquid temperature of 36 ° C. in a 38 ° C. bath while stirring, and a silver complex solution And kept at 36 ° C. in a warm bath.
一方、還元剤のアスコルビン酸1318g(関東化学(株)製、試薬)を、36℃の純水10Lに溶解して還元剤溶液を作製した。 On the other hand, 1318 g of a reducing agent, ascorbic acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., reagent) was dissolved in 10 L of pure water at 36 ° C. to prepare a reducing agent solution.
次に、水溶性高分子のポリビニルアルコール187.5g((株)クラレ製、PVA205、銀粒子に対して10.0質量%)を分取し、36℃の純水4.6Lに溶解した溶液を上記還元剤溶液に混合した。 Next, a solution of 187.5 g of water-soluble polymer polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., PVA205, 10.0% by mass with respect to silver particles) was taken and dissolved in 4.6 L of 36 ° C. pure water. Was mixed with the reducing agent solution.
次に、上記銀錯体溶液と還元剤溶液を、モーノポンプ(兵神装備(株)製)を使用し、それぞれ2.44L/min及び0.90L/minで樋内に送液して、銀錯体を還元した。この時の還元速度は、銀量で127g/minである。なお、上記樋には、内径25mm及び長さ725mmの塩ビ製パイプを使用した。銀錯体の還元により得られた銀粒子を含むスラリーは、撹拌しながら受槽に受け入れた。受け入れ終了後、受槽内での撹拌を60分継続した。撹拌終了後の上記銀粒子スラリーをフィルタープレスで濾過し、銀粒子を固液分離した。 Next, the silver complex solution and the reducing agent solution are fed into a bowl at 2.44 L / min and 0.90 L / min using a MONO pump (Hyojin Equipment Co., Ltd.), respectively, Reduced. The reduction rate at this time is 127 g / min in terms of silver. In addition, a PVC pipe having an inner diameter of 25 mm and a length of 725 mm was used for the above-mentioned rod. The slurry containing silver particles obtained by reduction of the silver complex was received in a receiving tank while stirring. After completion of reception, stirring in the receiving tank was continued for 60 minutes. The silver particle slurry after stirring was filtered with a filter press to separate the silver particles into solid and liquid.
次に、固液分離した銀粒子に対して表面処理を行った。表面処理剤として市販のカチオン系界面活性剤であるポリオキシエチレン付加4級アンモニウム塩0.90g(クローダジャパン(株)製、商品名 シラソル、銀粒子に対して0.048質量%)及び分散剤であるステアリン酸エマルジョン16.87g(中京油脂(株)製、セロゾール920、銀粒子に対して0.90質量%)とを20Lの純水に投入し、撹拌して銀粒子の表面に表面処理した。この後、0.05mol/Lの濃度になるようにNaOHを加え、15分間攪拌して洗浄した後、フィルタープレスで濾過して銀粒子を回収した。 Next, surface treatment was performed on the solid-liquid separated silver particles. 0.90 g of a polyoxyethylene-added quaternary ammonium salt (trade name: Silasol, 0.048% by mass with respect to silver particles), which is a commercially available cationic surfactant as a surface treatment agent, and a dispersant A stearic acid emulsion 16.87 g (manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd., Cellosol 920, 0.90% by mass with respect to silver particles) is put into 20 L of pure water and stirred to surface-treat the surface of the silver particles. did. Thereafter, NaOH was added to a concentration of 0.05 mol / L, and the mixture was stirred and washed for 15 minutes, and then filtered through a filter press to collect silver particles.
引き続き、回収した銀粒子を乾燥する前に、銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液に投入し、15分間撹拌して洗浄した後、フィルタープレスで濾過して回収した。その後、この洗浄操作と濾過による固液分離操作を3回繰り返した。 Subsequently, before drying the collected silver particles, the silver particles were put into a 0.05 mol / L NaOH aqueous solution, washed by stirring for 15 minutes, and then collected by filtration with a filter press. Thereafter, this washing operation and solid-liquid separation operation by filtration were repeated three times.
固液分離した銀粒子を、20Lの純水中に投入し、撹拌及び濾過した後、銀粒子をステンレスパッドに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥した。 The silver particles separated into solid and liquid were put into 20 L of pure water, stirred and filtered, and then the silver particles were transferred to a stainless steel pad and dried at 60 ° C. for 10 hours in a vacuum dryer.
乾燥後、解砕及び分級を行った。解砕は、乾燥後の銀粒子を1.5kg取り、5Lの高速攪拌機(日本コークス(株)製FM5C/I)に投入し、回転羽根を15m/秒の周速で30分間回転させて解砕処理を行った。更に、解砕後の銀粒子を、気流式分級機(日本鉱業(株)EJ−3型)を用いて、分級点7μmで分級処理して銀粉を得た。得られた銀粉のSEM観察による一次粒子の平均粒径は、0.98μmであり、レーザー回折散乱法を用いて測定した粒度(D50)は2.35μmであった。 After drying, crushing and classification were performed. For crushing, 1.5 kg of silver particles after drying is taken, put into a 5 L high speed stirrer (FM5C / I manufactured by Nippon Coke Co., Ltd.), and the rotating blade is rotated at a peripheral speed of 15 m / sec for 30 minutes. The crushing process was performed. Furthermore, the silver particles after pulverization were classified at a classification point of 7 μm using an airflow classifier (Japan Mining Co., Ltd. EJ-3 type) to obtain silver powder. The average particle diameter of the primary particles by SEM observation of the obtained silver powder was 0.98 μm, and the particle size (D50) measured using a laser diffraction scattering method was 2.35 μm.
以上のようにして、実施例1の銀粉を得た。得られた銀粉について、内部摩擦角、接触角、表面SP値を測定した。 The silver powder of Example 1 was obtained as described above. About the obtained silver powder, the internal friction angle, the contact angle, and the surface SP value were measured.
内部摩擦角の測定には、粉体層せん断力測定装置((株)ナノシーズ社製NS−S300型)を用いた。常温で銀粉18gを内径15mmのSUS製セルに充填した後、押し込み荷重の設定値を20Nとし、押し込み速度0.2mm/秒で荷重を加えた。設定荷重に達した後、100秒後に10μm/秒の速度で横摺りを開始した。なお、サンプリングの周波数は10Hzとした。横摺り開始時の押し込み加重をセルの断面積で除した値を垂直応力σ(N/cm2)とし、横摺り後に測定されたせん断力の最大値をセルの断面積で除して得られた値をせん断応力τ(N/cm2)とした。For the measurement of the internal friction angle, a powder layer shear force measuring device (NS-S300 type manufactured by Nano Seeds Co., Ltd.) was used. After filling 18 g of silver powder into a 15 mm inner diameter SUS cell at room temperature, the indentation load was set to 20 N, and the load was applied at an indentation speed of 0.2 mm / sec. After reaching the set load, side sliding started at a speed of 10 μm / second 100 seconds later. The sampling frequency was 10 Hz. The value obtained by dividing the indentation load at the start of side-sliding by the cell cross-sectional area is taken as the vertical stress σ (N / cm 2 ), and the maximum shearing force measured after side-sliding is divided by the cell cross-sectional area. The value obtained was defined as the shear stress τ (N / cm 2 ).
次に、押し込み加重の設定値を40Nとし、垂直応力σ及びせん断応力τを同様に測定した。更に、押し込み加重の設定値を60Nとして垂直応力σ及びせん断応力τを同様に測定した。以上の3つの条件において得られた垂直応力σを横軸に、せん断応力τを縦軸にプロットし、最小二乗法を用いて得られた近似直線の傾き(度)を内部摩擦角とした。 Next, the setting value of the indentation load was 40 N, and the normal stress σ and the shear stress τ were measured in the same manner. Further, the vertical stress σ and the shear stress τ were measured in the same manner with the indentation load set value set to 60N. The vertical stress σ obtained under the above three conditions is plotted on the horizontal axis and the shear stress τ is plotted on the vertical axis, and the slope (degree) of the approximate straight line obtained using the least square method is defined as the internal friction angle.
以上の方法で測定した実施例1の銀粉の内部摩擦角は、7.1°であった。この銀粉を室温で1ヶ月放置後、上記と同様の方法で内部摩擦角の測定を行ったところ7.8°であった。 The internal friction angle of the silver powder of Example 1 measured by the above method was 7.1 °. After this silver powder was allowed to stand at room temperature for 1 month, the internal friction angle was measured by the same method as described above, and it was 7.8 °.
メタノール50容量%水溶液での接触角の測定には、接触角測定装置(協和界面科学(株)製CA−X150)を用いて行った。常温で銀粉を荷重約1MPaでプレス成形して、銀粉が圧密充填された平板状の試験体を得た。この試験体に対して、メタノール50容量%水溶液が形成する接触角を測定した。この方法で測定した実施例1の銀粉の接触角は、110°であった。 The contact angle was measured with a 50% by volume aqueous solution of methanol using a contact angle measuring device (CA-X150 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). Silver powder was press-molded at a load of about 1 MPa at room temperature to obtain a flat test specimen filled with silver powder. The contact angle formed by a 50% by volume methanol aqueous solution was measured on this test specimen. The contact angle of the silver powder of Example 1 measured by this method was 110 °.
アセトン滴定法による表面SP値の測定は、次のようにして行った。銀粉0.5gに水50mlを加え、緩やかに撹拌をしながら、銀粉を入れた水にアセトンを連続的に滴下し、水面に浮遊している銀粒子が分散し、溶液が白濁したところを終点とした。この時のアセトンの添加体積から計算されるアセトン水溶液の表面SP値を銀粉の表面SPとした。この方法で測定した実施例1の銀粒子の表面SP値は、16.7であった。 The surface SP value was measured by the acetone titration method as follows. Add 50 ml of water to 0.5 g of silver powder, add acetone continuously to the water containing silver powder while stirring gently, and the silver particles floating on the water surface are dispersed and the solution becomes cloudy. It was. The surface SP value of the acetone aqueous solution calculated from the added volume of acetone at this time was defined as the surface SP of the silver powder. The surface SP value of the silver particles of Example 1 measured by this method was 16.7.
次に、得られた銀粉を用いてペースト化の評価を行った。ペースト化の評価は、先ず、ステンレス製の小皿に銀粉9.2gと、エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、JER 819)とターピネオールの重量比が1:7のビヒクル0.8gを秤量した。このとき、銀粉の表面がビヒクルによって速やかに濡れていることが観察された。次に、これを金属性のヘラを用いて混合したところ、容易に混合、分散が進み、ペースト状にすることができた。更に、このペーストを自公転型混練機((株)シンキー製ARE−250型)を用いて2000rpmで5分間混練し、均一な銀ペーストを得た。得られた銀ペーストの分散性をグラインドゲージを用いて評価したところ、最大粒径Dmaxは、7μmと小さく優れた分散性を示した。 Next, paste formation was evaluated using the obtained silver powder. For evaluation of pasting, first, 9.2 g of silver powder, 0.8 g of a vehicle having a weight ratio of epoxy resin (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., JER 819) and terpineol in a 1: 7 weight were weighed in a stainless steel small dish. At this time, it was observed that the surface of the silver powder was quickly wetted by the vehicle. Next, when this was mixed using a metal spatula, mixing and dispersion proceeded easily, and a paste could be formed. Furthermore, this paste was kneaded at 2000 rpm for 5 minutes using a self-revolving kneading machine (ARE-250, manufactured by Shinky Corporation) to obtain a uniform silver paste. When the dispersibility of the obtained silver paste was evaluated using a grind gauge, the maximum particle size Dmax was as small as 7 μm and showed excellent dispersibility.
<実施例2>
実施例2では、ポリビニルアルコールの量を75g(銀粒子に対して4.00質量%)にしたこと、高速攪拌機の回転羽根を28m/秒の周速で回転させた以外は、実施例1と同様の方法で銀粉を得るとともに評価した。得られた銀粉の一次粒子の平均粒径は、1.01μmであり、粒度(D50)は2.73μmであった。<Example 2>
In Example 2, the amount of polyvinyl alcohol was 75 g (4.00% by mass with respect to silver particles), and the rotating blades of the high-speed stirrer were rotated at a peripheral speed of 28 m / sec. Silver powder was obtained and evaluated in the same manner. The average particle size of the primary particles of the obtained silver powder was 1.01 μm, and the particle size (D50) was 2.73 μm.
実施例2の銀粉の内部摩擦角は、10.4°であり、室温で1ヶ月放置後の内部摩擦角は、10.6°であった。また、実施例2の銀粉の接触角は、109°であり、表面SP値は、17.4であった。 The internal friction angle of the silver powder of Example 2 was 10.4 °, and the internal friction angle after standing for 1 month at room temperature was 10.6 °. Further, the contact angle of the silver powder of Example 2 was 109 °, and the surface SP value was 17.4.
次に、得られた銀粉を用いて実施例1と同様のペースト化の評価を行った。銀粉の表面は、ビヒクルによって速やかに濡れていることが観察された。これを金属性のヘラを用いて混合したところ、容易に混合、分散が進み、ペースト状にすることができた。更に、このペーストを実施例1と同様に自公転型混練機で混練し、均一な銀ペーストを得た。得られた銀ペーストの分散性をグラインドゲージを用いて評価したところ、最大粒径Dmaxは6μmと小さく優れた分散性を示した。 Next, evaluation of pasting similar to Example 1 was performed using the obtained silver powder. It was observed that the surface of the silver powder was quickly wetted by the vehicle. When this was mixed using a metal spatula, mixing and dispersion proceeded easily and a paste could be formed. Further, this paste was kneaded with a self-revolving kneader in the same manner as in Example 1 to obtain a uniform silver paste. When the dispersibility of the obtained silver paste was evaluated using a grind gauge, the maximum particle size Dmax was as small as 6 μm and showed excellent dispersibility.
<比較例1>
比較例1では、高速攪拌機の回転羽根を42m/秒の周速で回転させた以外は、実施例1と同様の方法で銀粉を得るとともに評価した。得られた銀粉の一次粒子の平均粒径は、0.99μmであり、粒度(D50)は1.82μmであった。また、比較例1の銀粉の内部摩擦角は、20.8°と実施例と比較してかなり高かった。また、比較例1の銀粉の接触角は、85°であり、表面SP値は、18.7であった。<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, silver powder was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the rotating blades of the high-speed stirrer were rotated at a peripheral speed of 42 m / sec. The average particle size of the primary particles of the obtained silver powder was 0.99 μm, and the particle size (D50) was 1.82 μm. The internal friction angle of the silver powder of Comparative Example 1 was 20.8 °, which was considerably higher than that of the example. Moreover, the contact angle of the silver powder of the comparative example 1 was 85 degrees, and surface SP value was 18.7.
次に、得られた銀粉を用いて実施例1と同様のペースト化の評価を行った。銀粉の表面のビヒクルによる濡れはほとんど観察されなかった。また、これを金属性のヘラを用いて攪拌したところ、大きな粘土状になったままで、ペースト状にすることができなかった。更に、この銀ペーストを実施例1と同様に自公転型混練機で混練し、ペースト状にした。得られた銀ペーストの分散性を、グラインドゲージを用いて評価したところ、最大粒径Dmaxは20μmと大きく分散性が悪かった。 Next, evaluation of pasting similar to Example 1 was performed using the obtained silver powder. Little wetting by the vehicle on the surface of the silver powder was observed. Moreover, when this was stirred using a metal spatula, it remained in a large clay state and could not be made into a paste. Further, this silver paste was kneaded in a self-revolving kneader in the same manner as in Example 1 to obtain a paste. When the dispersibility of the obtained silver paste was evaluated using a grind gauge, the maximum particle size Dmax was as large as 20 μm and the dispersibility was poor.
<比較例2>
比較例2では、高速攪拌機の回転羽根を7m/秒の周速で回転させた以外は、実施例2と同様の方法で銀粉を得るとともに評価した。得られた銀粉の一次粒子の平均粒径は、1.00μmであり、粒度(D50)は3.52μmであった。また、比較例2の銀粉の内部摩擦角は、25.8°と実施例と比較してかなり高かった。また、比較例2の銀粉の接触角は、110°であり、表面SP値は、17.4°であった。<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, silver powder was obtained and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the rotating blades of the high-speed stirrer were rotated at a peripheral speed of 7 m / sec. The average particle size of the primary particles of the obtained silver powder was 1.00 μm, and the particle size (D50) was 3.52 μm. Moreover, the internal friction angle of the silver powder of the comparative example 2 was 25.8 degrees, and was quite high compared with the Example. Moreover, the contact angle of the silver powder of Comparative Example 2 was 110 °, and the surface SP value was 17.4 °.
次に、得られた銀粉を用いて実施例1と同様のペースト化の評価を行った。銀粉の表面のビヒクルによる濡れはほとんど観察されなかった。また、これを金属性のヘラを用いて攪拌したところ、大きな粘土状になったままで、ペースト状にすることができなかった。更に、このペーストを実施例1と同様に自公転型混練機で混練し、ペースト状にした。得られた銀ペーストの分散性を、グラインドゲージを用いて評価したところ、最大粒径Dmaxは18μmと大きく分散性が悪かった。 Next, evaluation of pasting similar to Example 1 was performed using the obtained silver powder. Little wetting by the vehicle on the surface of the silver powder was observed. Moreover, when this was stirred using a metal spatula, it remained in a large clay state and could not be made into a paste. Further, this paste was kneaded in a self-revolving kneader in the same manner as in Example 1 to obtain a paste. When the dispersibility of the obtained silver paste was evaluated using a grind gauge, the maximum particle size Dmax was as large as 18 μm and the dispersibility was poor.
以上の実施例及び比較例から、同じ方法によって作製した銀粉であっても、比較例に比べて、銀粉の表面に形成された被膜を損傷しない程度で十分に解砕した実施例1及び実施例2では、内部摩擦角は20°以下であり、且つ、メタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上となり、ビヒクルとの相溶性が良く、分散性に優れた銀粉が得られた。また、実施例1及び実施例2では、更に、アセトン滴定法による表面SP値が18以下であった。更には、実施例1及び実施例2では、銀粉を室温で1ヶ月放置後であっても、内部摩擦角が20°以下であり、凝集することが抑制されていた。 From the above examples and comparative examples, even in the case of silver powder produced by the same method, as compared with the comparative example, the examples 1 and examples were sufficiently crushed so as not to damage the coating formed on the surface of the silver powder. In No. 2, the internal friction angle was 20 ° or less, the contact angle in a 50% by volume aqueous methanol solution was 100 ° or more, and a silver powder having good compatibility with the vehicle and excellent dispersibility was obtained. Moreover, in Example 1 and Example 2, the surface SP value by acetone titration method was 18 or less. Furthermore, in Example 1 and Example 2, even after the silver powder was left at room temperature for 1 month, the internal friction angle was 20 ° or less, and aggregation was suppressed.
一方、比較例1では、解砕条件が強すぎ、銀粉の表面に形成した有機被膜層が損傷してしまい、内部摩擦角が20°よりも大きくなり、接触角も100°よりも小さくなった。さらに、表面SP値も18よりも大きくなった。また、比較例2では解砕条件が弱く、凝集体を十分にほぐすことができなかったため、内部摩擦角が25.8°とかなり大きくなった。これにより、比較例1及び比較例2では、ビヒクルとの相溶性が悪く、銀粉の分散性が悪くなった。 On the other hand, in Comparative Example 1, the crushing conditions were too strong, the organic coating layer formed on the surface of the silver powder was damaged, the internal friction angle was larger than 20 °, and the contact angle was also smaller than 100 °. . Furthermore, the surface SP value was also larger than 18. Moreover, in the comparative example 2, since the crushing conditions were weak and the aggregate could not be sufficiently loosened, the internal friction angle was considerably large as 25.8 °. Thereby, in the comparative example 1 and the comparative example 2, compatibility with a vehicle was bad and the dispersibility of silver powder became bad.
上述した目的を達成する本発明に係る銀粉は、表面に、カチオン系界面活性剤、及び脂肪酸又はその塩で形成された有機被膜層を有し、内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上であることを特徴とする。 The silver powder according to the present invention that achieves the above-mentioned object has an organic coating layer formed of a cationic surfactant and a fatty acid or a salt thereof on the surface, has an internal friction angle of 20 ° or less, and methanol. The contact angle in a 50% by volume aqueous solution is 100 ° or more.
上述した目的を達成する本発明に係る銀粉の製造方法は、銀粒子に表面処理を行うことによって表面に、カチオン系界面活性剤、及び脂肪酸又はその塩で形成された有機皮膜層を形成した後、高速攪拌機を用い、攪拌羽根の周速が10m/秒以上、40m/秒以下の条件で、有機被膜層に損傷を与えない程度に十分な解砕処理を行うことを特徴とする。 The silver powder production method according to the present invention that achieves the above-described object is to form an organic coating layer formed of a cationic surfactant and a fatty acid or a salt thereof on the surface by subjecting the silver particles to a surface treatment. , using a high speed stirrer, the peripheral speed of the stirring blade is 10 m / sec or more, the following conditions 40 m / sec, and performing a sufficient disintegration treatment so as not to damage the organic coating layer.
Claims (5)
内部摩擦角が20°以下であり、且つメタノール50容量%水溶液での接触角が100°以上である銀粉を製造することを特徴とする銀粉の製造方法。After forming the organic coating layer on the surface by performing surface treatment on the silver particles synthesized using the wet reduction method, perform sufficient crushing treatment to the extent that the organic coating layer is not damaged,
A method for producing silver powder, comprising producing a silver powder having an internal friction angle of 20 ° or less and a contact angle in a 50% by volume aqueous methanol solution of 100 ° or more.
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