JPWO2017033374A1 - 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法 - Google Patents

導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017033374A1
JPWO2017033374A1 JP2017536181A JP2017536181A JPWO2017033374A1 JP WO2017033374 A1 JPWO2017033374 A1 JP WO2017033374A1 JP 2017536181 A JP2017536181 A JP 2017536181A JP 2017536181 A JP2017536181 A JP 2017536181A JP WO2017033374 A1 JPWO2017033374 A1 JP WO2017033374A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intercalation compound
metal particles
graphite intercalation
conductive
coating composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017536181A
Other languages
English (en)
Inventor
忠政　明彦
明彦 忠政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2017033374A1 publication Critical patent/JPWO2017033374A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24—Electrically-conducting paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D101/00—Coating compositions based on cellulose, modified cellulose, or cellulose derivatives
    • C09D101/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D163/00—Coating compositions based on epoxy resins; Coating compositions based on derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D167/00—Coating compositions based on polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D179/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen, with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C09D161/00 - C09D177/00
    • C09D179/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C09D179/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D201/00—Coating compositions based on unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/66—Additives characterised by particle size
    • C09D7/69—Particle size larger than 1000 nm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0806—Silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/16—Halogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/02—Polyamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04—Homopolymers or copolymers of esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

導電性塗料組成物１００は、黒鉛層間化合物１０と、金属粒子２０と、バインダーと、溶剤とを含む。黒鉛層間化合物１０は、炭素六角網面を平行に積層した層状物質である黒鉛の層間に、さまざまな原子や分子等を侵入させたサンドイッチ構造の化合物である。バインダー、溶剤は、黒鉛層間化合物１０と、金属粒子２０とを接着させる。導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性塗料組成物１００において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。

Description

本発明は、導電性複合材料に関し、特に黒鉛層間化合物を使用する導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法に関する。
エレクトロニクス技術の発展に伴い、プリント配線回路等における信号用回路には、導電性の塗料を印刷して形成された回路が利用されつつある。このような目的に使用される導電性材料には、軽量と高い導電性が求められる。そのため、黒鉛層間化合物が合成樹脂マトリックス中に分散される（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−６５３６６号公報
高い導電性を実現する材料の１つが、銀などの金属材料である。しかしながら、金属材料では、一般的に材料の単価が高い。そのため、単価が比較的安い黒鉛層間化合物を使用しながら、導電性をさらに向上することが求められる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、単価の上昇を抑制しながら、導電性を向上する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の導電性塗料組成物は、黒鉛層間化合物と、金属粒子と、バインダーと、溶剤とを含む導電性塗料組成物であって、導電性塗料組成物において黒鉛層間化合物が占める体積は、導電性塗料組成物において金属粒子が占める体積よりも大きい。
本発明の別の態様は、導電性材料である。この導電性材料は、黒鉛層間化合物と金属粒子とを含む導電性材料であって、導電性材料において黒鉛層間化合物が占める体積は、導電性材料において金属粒子が占める体積よりも大きい。
本発明のさらに別の態様は、導電性塗料組成物の製造方法である。この方法は、黒鉛層間化合物と金属粒子とを混合することによって、導電性材料を生成するステップと、バインダーと溶剤とを撹拌、加熱しながらバインダー溶液を生成するステップと、バインダー溶液に、導電性材料を加えるステップとを備える導電性塗料組成物の製造方法であって、導電性塗料組成物において黒鉛層間化合物が占める体積は、導電性塗料組成物において金属粒子が占める体積よりも大きい。
本発明のさらに別の態様は、導電性材料の製造方法である。この方法は、黒鉛層間化合物と金属粒子とを混合する導電性材料の製造方法であって、導電性材料において黒鉛層間化合物が占める体積は、導電性材料において金属粒子が占める体積よりも大きい。
本発明によれば、単価の上昇を抑制しながら、導電性を向上できる。
本発明の実施の形態に係る導電性塗料組成物の構成を示す図である。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施の形態は、黒鉛層間化合物を含んだ導電性材料と、それを利用した導電性塗料組成物に関する。前述のごとく、金属材料の導電性は高いが、その材料単価は高い。一方、カーボン材料の材料単価は安いが、その導電性は低い。ここで、黒鉛層間化合物は、安価でありつつも、比較的高い導電性を有する。そのため、黒鉛層間化合物の導電性を向上することが求められる。本実施の形態では、黒鉛層間化合物に金属粒子を結合させる。これは、黒鉛層間化合物において、黒鉛にアクセプタレベルが形成されており、アクセプタレベルが形成されるとキャリア密度が高くなるので、金属粒子を結合させると導電性が向上するからである。これにより、低価格な黒鉛系ペーストでありながら、高い導電性が得られる。
図１は、本発明の実施の形態に係る導電性塗料組成物１００の構成を示す。導電性塗料組成物１００は、黒鉛層間化合物１０、金属粒子２０を含む。また、導電性塗料組成物１００は、これらを接着させるために、図示しないバインダー、溶剤を含む。なお、黒鉛層間化合物１０、金属粒子２０は、導電性材料であるともいえる。
黒鉛層間化合物１０は、炭素六角網面を平行に積層した層状物質である黒鉛の層間に、さまざまな原子や分子等を侵入させたサンドイッチ構造の化合物である。黒鉛層間化合物１０では、黒鉛層間に侵入した原子や分子等のインターカレートと、それと隣接する黒鉛の層との間で電荷移動が生じることによって、黒鉛の層上の伝導キャリア数が増大する。その結果、黒鉛層間化合物１０は高導電性を有する。
ここでの黒鉛層間化合物１０は、例えば、鱗片状天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、黒鉛繊維などの粉末を母材とする。また、黒鉛層間化合物１０は、例えば、ポリイミドフィルムを２６００〜３０００℃で熱処理することにより得られる熱分解グラファイトシートまたは熱分解グラファイトシートを粉砕したものを母材としてもよい。さらに、黒鉛層間化合物１０は、これらの黒鉛材料の端部に金属を担持したものなど結晶完全性のよい黒鉛材料を母材としてもよい。黒鉛材料の端部に金属を担持させるために、例えば、金属錯体と黒鉛材料が混合されてから焼成される。なお、母材は、これらに限定されるものではない。
インターカレートとして、原子、分子、およびイオン等のあらゆる物質種が使用可能であり、例えば、金属塩化物、アルカリ金属、アルカリ土類金属が使用される。金属塩化物の一例は、塩化鉄、塩化銅、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化金、塩化ビスマスなどであり、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の一例は、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、マグネシウムなどである。なお、インターカレートとして、これらを２種以上組み合わせて使用してもよい。さらに、金属塩化物が挿入された黒鉛層間化合物１０を、５〜１００％の水素気流下、２５０〜５００℃で熱処理することにより、挿入された金属塩化物を還元し、金属微粒子として存在させてもよい。黒鉛中に挿入されたインターカレートは、電子親和力の大きい塩化鉄または塩化銅である場合、黒鉛層間化合物１０に正孔を与えるアクセプタとして機能する。また、黒鉛中に挿入されたインターカレートは、イオン化ポテンシャルが黒鉛より小さいリチウム、カリウム、またはセシウムである場合、黒鉛層間化合物１０に電子を与えるドナーとして機能する。
金属粒子２０には、金属粉末が使用される。金属粉末の一例は、ステンレス、酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化インジウム、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、白金、チタン、ニッケル、マグネシウム、パラジウム、クロム、錫、タンタル、ニオブなどである。さらに、金属粒子２０は、金属珪化物系の導電性セラミック、金属炭化物系の導電性セラミック、金属硼化物系の導電性セラミック、金属窒化物系の導電性セラミックであってもよい。金属珪化物系の導電性セラミックの一例は、珪化鉄、珪化モリブデン、珪化ジルコニウム、珪化チタンなどである。金属炭化物系の導電性セラミックの一例は、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、炭化カルシウム、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化モリブデン、炭化バナジウムなどである。金属硼化物系の導電性セラミックの一例は、硼化タングステン、硼化チタン、硼化タンタル、硼化ジルコニウムなどである。金属窒化物系の導電性セラミックの一例は、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化ニオブ、窒化バナジウム、窒化硼素などである。また、金属粒子２０は、これらの金属粉末を２種以上併用した合成粉末であってもよい。さらに、金属粒子２０の形態は、無機・有機繊維に金属を蒸着またはメッキした繊維、粉末である。
バインダーには、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロースなどが使用される。また、これらに限定されない。
溶剤は、溶媒とも呼ばれる。溶媒としては、沸点が１５０℃以上の溶媒、特に沸点が２００℃以上の溶媒を５０質量％以上含むことが好ましい。このように、沸点が高い溶媒を多数含むことによって、炭素と無機物質の分散性が確保しやすくなり、かつ平滑な膜が得られる。また、溶媒としては、無機物質（金属等）と親和性が高く、かつ後述の添加剤を溶解する溶媒が好ましく、一般には、アルコール性ＯＨ基を有する有機溶媒が好ましい。
有機溶媒の一例は、アルコール類等である。アルコール類は、例えば、α−テルピネオール等の非脂肪族アルコール類；ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、ヘキシレングリコール（２−メチル−２，４−ペンタンジオール）、エチレングリコール−２−エチルヘキシルエーテル等のグリコール類等である。その他、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサン等から、炭素、金属粒子２０との親和性に合わせて選択することが好ましい。
ペースト状の導電性塗料組成物１００から乾燥物をスキージ法で基板上に形成して電極を製造する場合、有機溶媒には、前述したアルコール類全般が使用可能である。一方、ペースト状の導電性塗料組成物１００から乾燥物をスクリーン印刷で基板上に形成して電極を製造する場合、有機溶媒の粘度を高くし、かつ均質な塗膜を得る必要がある。そのため、有機溶媒としてα−テルピネオールやブチルカルビトール等を使用することが多い。その他、スピンコート、ディップコート、スプレーコート等を行う場合、脂肪族アルコールやケトン類等の粘度が低い溶媒が使用されてもよく、エタノール、２−プロパノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が使用されてもよい。また、高沸点溶媒と低沸点溶媒との混合物が溶媒として使用されてもよい。その際、その含有量の比は、特に制限されるわけではないが、前述のごとく、高沸点溶媒の量を５０質量％以上とすることが好ましい。
ここで、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０との間には、添加物として金属炭化物が存在する。そのため、黒鉛層間化合物１０は、金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合し、金属粒子２０は、金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合している。
導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性塗料組成物１００において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。例えば、導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、３５％であり、導電性塗料組成物１００において金属粒子２０が占める体積は、１５％である。割合はこれに限定されない。
ここで、金属粒子２０として、あらゆる金属の使用が可能であるが、例えば、金、銀、銅の使用が好ましい。それらの熱膨張率係数［１０−６／Ｋ］は、「１４．３」（金）、「１８．０」（銀）、「１６．８」（銅）であり、黒鉛層間化合物１０の熱膨張率係数［１０−６／Ｋ］は、「４．４」である。一方、金属粒子２０の密度［ｇ／ｃｍ３］は、「１９．３」（金）、「１０．５」（銀）、「９．０」（銅）であり、黒鉛層間化合物１０の密度［ｇ／ｃｍ３］は、「２．２〜２．４」である。このような状況下において、金属粒子２０が占める体積が、黒鉛層間化合物１０が占める体積よりも大きい場合、熱膨張率が上がるので、基板などの周辺部材との剥離が生じやすくなる。また、前述の場合、軟らかい材料が多くなるので、変形しやすくなり、外力や温度変化で密着不足あるいは剥離の要因になる。また、前述の場合、密度が上がるので、重量が増加する。また、前述の場合、コストが増加する。これらのうちの少なくとも１つを抑制するために、前述のごとく、黒鉛層間化合物１０が占める体積が、金属粒子２０が占める体積よりも大きくされる。
なお、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０によって構成される導電性材料においても黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性材料において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。例えば、導電性材料において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、７０％であり、導電性材料において金属粒子２０が占める体積は、３０％である。割合はこれに限定されない。
特に、金属粒子２０の平均粒子径は、１００μｍよりも小さくされる。ここで、平均粒子径は、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡によって測定される。金属粒子２０の平均粒子径、つまりサイズ、直径が小さくなると、金属粒子２０の実質的な融点が下がる。その結果、金属粒子２０を加熱した際に、ネッキングにより金属粒子２０の表面が融解し、金属粒子２０と黒鉛層間化合物１０との間に導電パスが形成されやすくなる。導電パスが形成されると、導電性塗料組成物１００の導電性が向上する。なお、一般的に、金属粒子２０の平均粒子径が１００μｍ以上になると、ネッキングの現象が生じにくくなる。
次に、本実施の形態に係る導電性塗料組成物１００、導電性材料の製造方法の一例を説明する。
（１）まず、黒鉛層間化合物１０を生成する。そのために、黒鉛層間化合物１０の原料となる黒鉛材料を準備する。この黒鉛材料はグラフェンの積層体によって形成された層状構造を有する。これに続いて、黒鉛材料の層間に、インターカレートとなる化学種を挿入する。挿入する化学種は、前述の材料で構成される。化学種を黒鉛材料に挿入するために、公知の技術、例えば、気相法、液相法が使用される。気相法では、高温下で化学種の蒸気をホストである黒鉛に接触させる。また、液相法では、化学種を有機溶媒に溶解させた溶液、または化学種を高温で溶融させて液体としたものに、ホストである黒鉛が浸漬される。
（２）次に、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０とを混合することによって混合物である導電性材料を生成する。その際、ボールミル、三本ロール、押出し機、バンバリーミキサー、Ｖブレンダー、ニーダ、リボンミキサー、ヘンシェルミキサーなどを用いて均一に混合される。なお、導電性材料の生成は、これに限定されない。
（３）撹拌機、加熱装置を有した容器に、バインダーと溶剤とを加え、撹拌、加熱しながらバインダー溶液を生成する。
（４）バインダー溶液に導電性材料を加えて混和、混練することによって、導電性材料をバインダー溶液で分散させ、導電性塗料組成物１００を製造する。さらに、導電性塗料組成物１００を焼成することによって、導電性配線を製造してもよい。
次に、本実施の形態に係る実施例を説明する。
（実施例１）
まず、塩化鉄（９９．９％）２ｇをエタノール（試薬特級９９．５％）１２５ｍＬに溶解し、これにペンタエチレンヘキサミン（エチレンアミン混合物）９．６１ｍＬを添加することによって、Ｆｅ−Ｎ錯体を形成した。この溶液に、黒鉛として平均粒子径が１０μｍの伊藤黒鉛製天然黒鉛４．０ｇを加えてから、超音波ホモジナイザーにより分散させた。分散後、ロータリーエバポレータによりエタノールを直ちに除去し、固形分を取り出した。
栓をした試験管の形状をした石英管（φ１６ｍｍ、Ｌ５００ｍｍ）に固形分を詰め入れ、１％のＯ２／９９％のＮ２の混合ガス３００ｍＬ／ｍｉｎのフロー下で、９００℃で９０秒加熱し、冷却後、鉄を担持した黒鉛を回収した。黒鉛による鉄の担持は、窒素原子によってなされる。鉄を担持した黒鉛に対して超純水で洗浄することによって、表面に残留している不純物を除去した。この鉄を担持した黒鉛０．０６ｇと、塩化カリウム０．２６ｇと、無水塩化銅（ＩＩ）０．６ｇとをガラス製アンプルに真空封入し、そのアンプルを４００℃で１０時間熱処理した。自然冷却後、アンプルより黒鉛を取り出し、表面に付着した塩化カリウムおよび塩化銅（ＩＩ）を水洗によって除去することで、黒鉛層間化合物１０を得た。
金属粒子２０として、平均粒子径が２μｍのシグマアルドリッチ製銀粉を用意し、シグマアルドリッチ製銀粉と黒鉛層間化合物１０を３３：６４の体積割合で混合して、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０の複合材料である導電性材料を得た。さらに、導電性材料を、０．１ｇを直径１０ｍｍの円筒状金型に入れ、２００ＭＰａの圧力を加えることで、円筒型の導電性材料の圧粉体を得た。
（実施例２）
実施例１における鉄を担持した黒鉛の代わりに、平均粒子径１０μｍの伊藤黒鉛製天然黒鉛を使用した。それ以外は実施例１と同様である。
（比較例）
実施例１における黒鉛層間化合物１０の代わりに、平均粒子径１０μｍの伊藤黒鉛製天然黒鉛を使用した。それ以外は実施例１と同様である。
実施例１、実施例２、比較例のそれぞれにおける導電性材料の圧粉体における体積抵抗率は、四探針法で測定される。その結果、実施例１における体積抵抗率は１８［μΩｃｍ］であり、実施例２における体積抵抗率は４５［μΩｃｍ］であり、比較例における体積抵抗率は１２０［μΩｃｍ］である。これより、比較例と比べて、実施例１および実施例２の体積抵抗率が低くなる。
本発明の実施の形態によれば、導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積が、金属粒子２０が占める体積よりも大きいので、黒鉛層間化合物１０同士を金属粒子２０によって接続できる。また、黒鉛層間化合物１０同士が金属粒子２０によって接続されるので、導電性を向上できる。また、黒鉛層間化合物１０を使用するので、単価の上昇を抑制できる。また、黒鉛層間化合物１０には、金属塩化物がインターカレートされているので、導電性を向上できる。また、金属粒子２０の平均粒子径は１００μｍよりも小さいので、導電パスを形成しやすくできる。また、導電パスが形成しやすくなるので、導電性を向上できる。
また、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０は、金属炭化物を介して、共有結合あるいはイオン結合しているので、導電性を向上できる。また、導電性材料において黒鉛層間化合物１０が占める体積が、金属粒子２０が占める体積よりも大きいので、黒鉛層間化合物１０同士を金属粒子２０によって接続できる。また、従来高価格な金属材料を用いた配線材料について、低コストで高導電な黒鉛層間化合物１０を使用するので、高導電特性を保ったまま低コスト化できる。また、黒鉛層間化合物１０を少量な金属粒子２０を用いて結合するので、従来のカーボン系配線では得られなかった高導電性を得ることができる。また、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０との間には、窒素原子が存在するので、黒鉛による鉄の担持がなされやすくなり、黒鉛層間化合物１０に金属粒子２０を結合しやすくできる。
本実施の形態の概要は、次の通りである。本発明のある態様の導電性塗料組成物１００は、黒鉛層間化合物１０と、金属粒子２０と、バインダーと、溶剤とを含む導電性塗料組成物１００であって、導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性塗料組成物１００において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。
黒鉛層間化合物１０には、金属塩化物がインターカレートされていてもよい。
金属粒子２０の平均粒子径は、１００μｍよりも小さい。
黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０は、化学的に結合していてもよい。
黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０との間には、窒素原子が存在してもよい。
黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０との間には、金属炭化物が存在してもよい。
黒鉛層間化合物１０は、金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合し、金属粒子２０は、金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合していてもよい。
本発明の別の態様は、導電性材料である。この導電性材料は、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０とを含む導電性材料であって、導電性材料において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性材料において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。
本発明のさらに別の態様は、導電性塗料組成物１００の製造方法である。この方法は、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０とを混合することによって、導電性材料を生成するステップと、バインダーと溶剤とを撹拌、加熱しながらバインダー溶液を生成するステップと、バインダー溶液に、導電性材料を加えるステップとを備える導電性塗料組成物１００の製造方法であって、導電性塗料組成物１００において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性塗料組成物１００において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。
本発明のさらに別の態様は、導電性材料の製造方法である。この方法は、黒鉛層間化合物１０と金属粒子２０とを混合する導電性材料の製造方法であって、導電性材料において黒鉛層間化合物１０が占める体積は、導電性材料において金属粒子２０が占める体積よりも大きい。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
１０ 黒鉛層間化合物、 ２０ 金属粒子、 １００ 導電性塗料組成物。
本発明によれば、単価の上昇を抑制しながら、導電性を向上できる。

Claims (10)

  1. 黒鉛層間化合物と、金属粒子と、バインダーと、溶剤とを含む導電性塗料組成物であって、
    前記導電性塗料組成物において前記黒鉛層間化合物が占める体積は、前記導電性塗料組成物において前記金属粒子が占める体積よりも大きいことを特徴とする導電性塗料組成物。
  2. 前記黒鉛層間化合物には、金属塩化物がインターカレートされていることを特徴とする請求項１に記載の導電性塗料組成物。
  3. 前記金属粒子の平均粒子径は、１００μｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の導電性塗料組成物。
  4. 前記黒鉛層間化合物と前記金属粒子は、化学的に結合していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導電性塗料組成物。
  5. 前記黒鉛層間化合物と前記金属粒子との間には、窒素原子が存在することを特徴とする請求項４に記載の導電性塗料組成物。
  6. 前記黒鉛層間化合物と前記金属粒子との間には、金属炭化物が存在することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導電性塗料組成物。
  7. 前記黒鉛層間化合物は、前記金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合し、前記金属粒子は、前記金属炭化物に共有結合あるいはイオン結合していることを特徴とする請求項６に記載の導電性塗料組成物。
  8. 黒鉛層間化合物と金属粒子とを含む導電性材料であって、
    前記導電性材料において前記黒鉛層間化合物が占める体積は、前記導電性材料において前記金属粒子が占める体積よりも大きいことを特徴とする導電性材料。
  9. 黒鉛層間化合物と金属粒子とを混合することによって、導電性材料を生成するステップと、
    バインダーと溶剤とを撹拌、加熱しながらバインダー溶液を生成するステップと、
    前記バインダー溶液に、前記導電性材料を加えるステップとを備える導電性塗料組成物の製造方法であって、
    前記導電性塗料組成物において前記黒鉛層間化合物が占める体積は、前記導電性塗料組成物において前記金属粒子が占める体積よりも大きいことを特徴とする導電性塗料組成物の製造方法。
  10. 黒鉛層間化合物と金属粒子とを混合する導電性材料の製造方法であって、
    前記導電性材料において前記黒鉛層間化合物が占める体積は、前記導電性材料において前記金属粒子が占める体積よりも大きいことを特徴とする導電性材料の製造方法。
JP2017536181A 2015-08-24 2016-06-24 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法 Pending JPWO2017033374A1 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015165188 2015-08-24
JP2015165188 2015-08-24
JP2016043856 2016-03-07
JP2016043856 2016-03-07
PCT/JP2016/003049 WO2017033374A1 (ja) 2015-08-24 2016-06-24 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2017033374A1 true JPWO2017033374A1 (ja) 2018-05-24

Family

ID=58099765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017536181A Pending JPWO2017033374A1 (ja) 2015-08-24 2016-06-24 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180171161A1 (ja)
JP (1) JPWO2017033374A1 (ja)
CN (1) CN107849395A (ja)
WO (1) WO2017033374A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108744985A (zh) * 2018-05-16 2018-11-06 南京帝膜净水材料开发有限公司 一种卷式膜元件
CN108706575B (zh) * 2018-07-06 2019-12-31 广州特种承压设备检测研究院 一种液相球磨剥离石墨烯的制备方法
CN111114041A (zh) * 2020-01-07 2020-05-08 中国电子科技集团公司第十六研究所 一种高导热石墨-铜互穿式结构的复合材料及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195168A (ja) * 1987-10-06 1989-04-13 S K Koki:Kk 導電性塗料組成物
JPH0195170A (ja) * 1987-10-06 1989-04-13 Yamaha Corp 導電性塗料
JPH0565366A (ja) * 1991-09-06 1993-03-19 Yazaki Corp 導電性樹脂組成物
JP2008166086A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Hitachi Ltd 導電性焼結層形成用組成物、これを用いた導電性被膜形成法および接合法
JP2009123607A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Harima Chem Inc 低抵抗導電性ペースト
JP2013512167A (ja) * 2009-11-25 2013-04-11 タイコ エレクトロニクス アンプ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハウツンク 金属または合金コーティングへの炭素／錫混合物の適用方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3855172T2 (de) * 1987-10-06 1996-11-07 Cabotex Co Ltd Verfahren zur Bereitung einer Einlagerungsverbindung Bereitung einer Einlagerungsverbindung
JPH09249407A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 黒鉛複合物およびその製造方法
CN102074714A (zh) * 2010-12-17 2011-05-25 湖南大学 一种以过渡金属—石墨层间复合物为填料制备燃料电池双极板的方法
CN102311273B (zh) * 2011-06-09 2012-08-22 苏州东南碳制品有限公司 一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195168A (ja) * 1987-10-06 1989-04-13 S K Koki:Kk 導電性塗料組成物
JPH0195170A (ja) * 1987-10-06 1989-04-13 Yamaha Corp 導電性塗料
JPH0565366A (ja) * 1991-09-06 1993-03-19 Yazaki Corp 導電性樹脂組成物
JP2008166086A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Hitachi Ltd 導電性焼結層形成用組成物、これを用いた導電性被膜形成法および接合法
JP2009123607A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Harima Chem Inc 低抵抗導電性ペースト
JP2013512167A (ja) * 2009-11-25 2013-04-11 タイコ エレクトロニクス アンプ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハウツンク 金属または合金コーティングへの炭素／錫混合物の適用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107849395A (zh) 2018-03-27
WO2017033374A1 (ja) 2017-03-02
US20180171161A1 (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Robust and smooth UV-curable layer overcoated AgNW flexible transparent conductor for EMI shielding and film heater
Park et al. Exfoliation of non-oxidized graphene flakes for scalable conductive film
WO2019033834A1 (zh) 一种电磁屏蔽涂层材料及其制备方法
CN104021842B (zh) 一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料及其制备方法
Wang et al. Functional inks for printable energy storage applications based on 2 D materials
WO2017033374A1 (ja) 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法
TWI480357B (zh) 導電膠組成物與電極的形成方法
JP2012054222A (ja) 伝導性ペースト及びその製造方法
Kim et al. Characteristics of Bi-based glass frit having similar mean size and morphology to those of silver powders at high firing temperatures
US8911821B2 (en) Method for forming nanometer scale dot-shaped materials
JP5290826B2 (ja) 多孔質銅焼結膜の製造方法、及び多孔質銅焼結膜
JPWO2014054618A1 (ja) 銀ハイブリッド銅粉とその製造法、該銀ハイブリッド銅粉を含有する導電性ペースト、導電性接着剤、導電性膜、及び電気回路
Yang et al. One step synthesis of a hybrid Ag/rGO conductive ink using a complexation–covalent bonding based approach
KR20170098341A (ko) 그래핀 산화물을 포함하는 발열 조성물 및 그를 이용한 발열체
JP2011159392A (ja) 銀超微粒子含有組成物および導電性パターン作製方法
Sharma et al. AgNWs-graphene transparent conductor for heat and sensing applications
JP2013152928A (ja) 透明導電膜
JP6067515B2 (ja) 導電膜形成用組成物およびこれを用いる導電膜の製造方法
JP2010165594A (ja) 導電性ペースト、その製造方法、これを用いた回路配線、及びその製造方法
US20130130020A1 (en) Electrode paste composition, electrode for electronic device using the same, and method of manufacturing the same
JPWO2017033375A1 (ja) 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法
Oh et al. Anomalous Optoelectric Properties of an Ultrathin Ruthenium Film with a Surface Oxide Layer for Flexible Transparent Conducting Electrodes
JP2018184331A (ja) 金属めっき炭素材料、導電性材料、導電性塗料組成物
JP6247069B2 (ja) ポリマー厚膜導体組成物のラミネーション
WO2017154058A1 (ja) 導電性塗料組成物、導電性材料、導電性塗料組成物の製造方法、導電性材料の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171227

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20180417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200303