JPWO2018190397A1 - Method for producing silver nanoparticles having a broad particle size distribution and silver nanoparticles - Google Patents

Method for producing silver nanoparticles having a broad particle size distribution and silver nanoparticles Download PDF

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Abstract

【課題】 刺激臭の強いアミンの排出量が抑えられた方法で、良好な物性の銀ナノ粒子を得る方法を提供する。【解決手段】 熱分解性を有する銀化合物(a)と、(a)と錯体形成しうるアミン化合物(b)とを有機溶媒中で反応させて錯体を形成し、得られた錯体を加熱して熱分解させることにより、銀ナノ粒子を形成する銀ナノ粒子の製造方法であって、錯体形成時に、銀化合物(a)100重量部に対して5〜20重量部の水を存在させ、かつアミン化合物と銀化合物中の銀原子のモル比が0.7〜2.0の範囲で反応させることを特徴とする銀ナノ粒子の製造方法。有機溶媒中に銀ナノ粒子が70〜95wt%含有し、分散された銀ナノ粒子分散体の粘度挙動について、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)、せん断速度下降時の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下となって、平均粒子径が70〜350nm、変動係数40%〜80%であり、粒子表面にアミン化合物が結合した銀ナノ粒子。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for obtaining silver nanoparticles having good physical properties by a method in which an emission amount of an amine having a strong irritating odor is suppressed. SOLUTION: A thermally decomposable silver compound (a) is reacted with an amine compound (b) capable of forming a complex with (a) in an organic solvent to form a complex, and the obtained complex is heated. A method for producing silver nanoparticles, which comprises thermally decomposing silver nanoparticles by thermal decomposition, wherein 5 to 20 parts by weight of water is present per 100 parts by weight of the silver compound (a) at the time of complex formation, and A method for producing silver nanoparticles, which comprises reacting an amine compound and a silver atom in a silver compound in a molar ratio of 0.7 to 2.0. Regarding the viscosity behavior of a silver nanoparticle dispersion in which 70 to 95 wt% of silver nanoparticles are contained in an organic solvent, the viscosity (v1) at the time of increasing the shear rate and the shearing rate are in the shear rate range of 2 to 30 s-1. The viscosity ratio (v1 / v2) of the viscosity (v2) at the time of velocity decrease is 2.0 or less, the average particle diameter is 70 to 350 nm, the variation coefficient is 40% to 80%, and the amine compound is bound to the particle surface. Silver nanoparticles. [Selection diagram] None

Description

本発明は、大粒径で粒度分布の広く、スクリーン印刷にも適した粘性挙動に調整しやすい銀ナノ粒子の製造方法及び銀ナノ粒子に関する。   The present invention relates to a method for producing silver nanoparticles, which has a large particle size, a wide particle size distribution, and is easily adjusted to a viscous behavior suitable for screen printing, and a silver nanoparticle.

銀ナノ粒子は、金属ナノ粒子の融点降下の性質により、低温でも焼結するため、基板上への電気配線や、パワーデバイス半導体の接合材として利用されている。しかし、銀ナノ粒子は微細であることから凝集しやすく、また融点降下により融着しやすいため、銀ナノ粒子の表面には保護剤と呼ばれる有機物層を存在させている。これらの有機物層は、脂肪酸やアルキルアミン等が用いられることが多いが、特にアルキルアミンまたはアルキルジアミンで被覆された銀ナノ粒子は比較的低温で保護剤が脱離し、低温焼成可能な銀ナノ粒子として知られている(特許文献1〜2)。   Since silver nanoparticles sinter even at low temperatures due to the melting point of metal nanoparticles, they are used as electrical wiring on a substrate and as a bonding material for power device semiconductors. However, since the silver nanoparticles are fine, they are easily aggregated, and are easily fused due to a decrease in the melting point. Therefore, an organic layer called a protective agent is present on the surface of the silver nanoparticles. For these organic layers, fatty acids and alkylamines are often used, but silver nanoparticles coated with an alkylamine or an alkyldiamine, in particular, have a protective agent detached at a relatively low temperature and can be fired at a low temperature. (Patent Documents 1 and 2).

このような低温焼成可能な銀ナノ粒子を用いた焼成塗膜を配線などの導電材料としての利用が期待されるが、配線等の導電材料としての信頼性や導電性を担保するために、配線を厚膜にして対応する手法がとられている。そういった厚膜化を目的とするために設計された銀ナノ粒子として、特許文献3では、数nm〜数十nm程度の一次粒子径を持った銀ナノ粒子を用いて、5〜20μmの導電性銀塗膜が得られる銀塗料組成物(インク)が報告されている。また、特許文献4では、粒径100〜200nmの銀粒子を粒子数基準で30%以上含むことにより焼結体とした際に低抵抗化できること、水分を銀化合物100重量部に対して5〜100重量部反応系内に含ませることにより、そのような銀粒子を得ることができることが記載されている。   The fired coating film using silver nanoparticles that can be fired at a low temperature is expected to be used as a conductive material for wiring and the like, but in order to ensure the reliability and conductivity of the conductive material for wiring and the like, wiring is required. Is adopted as a thick film. Patent Literature 3 discloses a silver nanoparticle having a primary particle diameter of about several nm to several tens of nanometers as a silver nanoparticle designed for the purpose of increasing the film thickness. A silver paint composition (ink) capable of obtaining a silver coating has been reported. Further, in Patent Document 4, the resistance can be reduced when a sintered body is formed by containing 30% or more of silver particles having a particle size of 100 to 200 nm based on the number of particles. It is described that such silver particles can be obtained by including them in a 100 parts by weight reaction system.

これらの公知文献では、銀化合物とアミン化合物との錯体形成反応を利用して銀ナノ粒子を作成する。具体的にはシュウ酸銀とアルキルアミンまたはアルキルジアミンとを用い、無溶媒下で錯体形成を行う。しかし、無溶媒下で錯体形成すると、流動性がない固体物となり撹拌がしにくく、系の均一性に欠け、局所的に発熱反応を伴ったりするため、品質面・安全面に問題があり、工業的実用化が難しい。そこで、アルコール溶媒中で錯体形成反応を行うことで、錯体反応を促進・補助したり、系内の撹拌性を上げたり、熱分解で急激に発生する炭酸ガスを抑えたり、品質面・安全面を向上された銀ナノ粒子製造方法が報告されている(特許文献5〜7)。   In these known documents, silver nanoparticles are prepared using a complex formation reaction between a silver compound and an amine compound. Specifically, a complex is formed using silver oxalate and an alkylamine or an alkyldiamine without using any solvent. However, when a complex is formed in the absence of a solvent, it becomes a solid substance having no fluidity, is difficult to stir, lacks uniformity of the system, and is accompanied by a local exothermic reaction, so there is a problem in quality and safety, Difficult to commercialize industrially. Therefore, by conducting a complex formation reaction in an alcohol solvent, the complex reaction is promoted and assisted, the stirring property in the system is increased, the carbon dioxide gas generated rapidly by thermal decomposition is suppressed, and the quality and safety aspects are improved. Are reported (Patent Documents 5 to 7).

また、シュウ酸銀−アルキルアミン錯体を加熱分解する過程で、副生ガス(主に炭酸ガス)が発生して排出される際に、揮発しやすいアルキルアミンも含まれて系外に排出されてしまう問題を回避するため、前記錯体を連続的に反応容器内に導入し、熱分解反応時の副生ガス発生量を制御した製造方法が報告されている(特許文献8)。   In addition, in the process of thermally decomposing the silver oxalate-alkylamine complex, when a by-product gas (mainly carbon dioxide gas) is generated and discharged, an easily-evaporated alkylamine is also contained and discharged out of the system. In order to avoid such a problem, a production method has been reported in which the complex is continuously introduced into a reaction vessel to control the amount of by-product gas generated during a thermal decomposition reaction (Patent Document 8).

特許第5574761号公報Japanese Patent No. 5574761 特開2012−162767号公報JP 2012-162767 A 特許第6001861号公報Japanese Patent No. 6001861 特許第5795096号公報Japanese Patent No. 5795096 特許5975440号公報Japanese Patent No. 5975440 特許6026565号公報Japanese Patent No. 6026565 特開2016−132825号公報JP-A-2006-132825 特開2015−40319号公報JP-A-2015-40319

しかし、特許文献3では、実施例では8μmに達しない厚さの塗膜しか作成していない。仮に10μm以上の導電性塗膜を作成したとしても、銀粒子は一次粒子径が数10nmの粒子が主体なので、有機保護剤量も多く、保護剤離脱による体積収縮が生じるため、寸法安定性が低く、クラックによる断線が起こる可能性が高い。   However, in Patent Document 3, only a coating film having a thickness of less than 8 μm is formed in the examples. Even if a conductive coating film having a thickness of 10 μm or more is formed, since the silver particles are mainly composed of particles having a primary particle diameter of several tens of nm, the amount of the organic protective agent is large, and the volume shrinkage due to the detachment of the protective agent occurs. Low, the possibility of disconnection due to cracks is high.

また、特許文献5〜8のように副生ガスの量を制御したとしても、最終的に系外へアルキルアミンを含んだ炭酸ガスを排出する事には変わりはない。
さらに、銀ナノ粒子分散体や塗料組成物(インク)は、基材に塗布して利用されるが、基材に塗布するのに適した粘度挙動を有する銀ナノ粒子の条件は十分に検討されていなかった。このため、実際に得られた塗膜は十分な性能を有さないこともあった。
特にスクリーン印刷においては、スクリーンを通過させるために精密な粘度特性が求められるが、特許文献4記載の粒子を用いただけでは十分でないことがわかった。
Even if the amount of by-product gas is controlled as in Patent Literatures 5 to 8, there is no difference in finally discharging carbon dioxide containing alkylamine to the outside of the system.
Furthermore, silver nanoparticle dispersions and coating compositions (inks) are used by being applied to a substrate, and conditions for silver nanoparticles having a viscosity behavior suitable for application to the substrate have been thoroughly studied. I didn't. For this reason, the coating film actually obtained may not have sufficient performance in some cases.
In particular, in screen printing, precise viscosity characteristics are required in order to pass through a screen, but it has been found that using the particles described in Patent Document 4 is not sufficient.

本発明は、以上の問題点を解決し、作業性・安全性・環境面等のスケールアップを考慮した銀ナノ粒子の製造方法、及び様々な印刷法、特にスクリーン印刷に適応でき、厚膜導電膜を形成できる広分布の粒度分布範囲を持つ銀ナノ粒子、及び銀ナノ粒子塗料組成物を提供することを課題とする。   The present invention solves the above problems, and can be applied to a method for producing silver nanoparticles in consideration of scale-up such as workability, safety, environmental aspects, and various printing methods, particularly screen printing, and a thick film conductive material. It is an object of the present invention to provide silver nanoparticles having a wide particle size distribution range capable of forming a film, and a silver nanoparticle coating composition.

これらの課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を重ねた。その結果、銀化合物とアミン化合物とを有機溶媒中で錯体形成させ、かつ錯体形成時に、一定量の水を存在させることにより、得られる銀粒子は粒径と分布が優れたものであり、得られる焼結塗膜も優れた性能を有することを見出し、本発明に到達した。さらに、特定の分子の長さのアミン化合物を銀粒子表面に結合させることで、分散性と低温焼結性のバランスの取れた銀粒子を作製することができ、この銀粒子を有機溶媒へ分散した分散体は、特にスクリーン印刷に適した粘度特性を持ち、凝集物の発生を抑制できた銀塗料組成物が得られることがわかった。   In order to solve these problems, the present inventors have made intensive studies. As a result, a silver compound and an amine compound are complexed in an organic solvent, and a certain amount of water is present at the time of complex formation. It has been found that the resulting sintered coating film also has excellent performance, and has reached the present invention. Further, by bonding an amine compound having a specific molecular length to the surface of the silver particles, silver particles having a good balance between dispersibility and low-temperature sinterability can be produced, and the silver particles are dispersed in an organic solvent. It was found that the obtained dispersion has a viscosity characteristic particularly suitable for screen printing, and a silver coating composition in which the generation of aggregates can be suppressed can be obtained.

すなわち、本発明には、以下の発明が含まれる。
(1) 熱分解性を有する銀化合物(a)と、(a)と錯体形成しうるアミン化合物(b)とを有機溶媒(c)中で反応させて錯体を形成し、得られた錯体を加熱して熱分解させることにより、銀ナノ粒子を形成する銀ナノ粒子の製造方法であって、錯体形成時に、銀化合物(a)100重量部に対して5〜20重量部の水を存在させ、かつアミン化合物(b)と銀化合物(a)中の銀原子のモル比が0.7以上であることを特徴とする銀ナノ粒子の製造方法、
(2) (b)が、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールであることを特徴とする上記(1)記載の銀ナノ粒子の製造方法、
(3) (a)がシュウ酸銀である上記(1)又は(2)記載の銀ナノ粒子の製造方法、
(4) (c)/(a)の重量比が0.8〜1.3であることを特徴とする上記(3)記載の銀ナノ粒子の製造方法、
(5) 上記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法により銀ナノ粒子を作製し、得られた銀ナノ粒子を有機溶媒に分散することを特徴とする、銀ナノ粒子分散体の製造方法、
(6) 上記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法により銀ナノ粒子を作製し、得られた銀ナノ粒子を有機溶媒に分散し、さらに有機バインダーを添加することを特徴とする、銀塗料組成物の製造方法、
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) A silver compound (a) having thermal decomposability is reacted with an amine compound (b) capable of forming a complex with (a) in an organic solvent (c) to form a complex. A method for producing silver nanoparticles which forms silver nanoparticles by heating and thermally decomposing, wherein 5 to 20 parts by weight of water is present relative to 100 parts by weight of silver compound (a) during complex formation. A method for producing silver nanoparticles, wherein the molar ratio of silver atoms in the amine compound (b) and the silver compound (a) is 0.7 or more;
(2) The method for producing silver nanoparticles according to the above (1), wherein (b) is 2-amino-2-methyl-1-propanol.
(3) The method for producing silver nanoparticles according to the above (1) or (2), wherein (a) is silver oxalate,
(4) The method for producing silver nanoparticles according to the above (3), wherein the weight ratio of (c) / (a) is 0.8 to 1.3,
(5) A silver nanoparticle dispersion, comprising: preparing silver nanoparticles by the method according to any one of the above (1) to (4); and dispersing the obtained silver nanoparticles in an organic solvent. Production method,
(6) Silver nanoparticles are produced by the method according to any one of the above (1) to (4), the obtained silver nanoparticles are dispersed in an organic solvent, and an organic binder is further added. , A method for producing a silver paint composition,

(7)上記(5)記載の方法により得られた銀ナノ粒子分散体又は上記(6)記載の方法により得られた銀塗料組成物を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法、
(8) テキサノール中に78.5重量%含有させた際に、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降時の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下であり、かつ平均粒子径が70〜350nm、変動係数40%〜80%であり、粒子表面にアミン化合物が結合した銀ナノ粒子、
(9) 上記(8)記載の銀粒子において、粒子表面に結合したアミン化合物の分子の長さが7〜8Åである銀ナノ粒子、
(10) 上記(8)又は(9)記載の銀粒子が有機溶媒中に分散されていることを特徴とする銀ナノ粒子分散体、
(11) 上記(8)又は(9)記載の銀ナノ粒子を70〜95wt%含有し、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降時の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下であることを特徴とする銀ナノ粒子分散体、
(12) 上記(8)又は(9)記載の銀ナノ粒子が有機溶媒に分散され、さらに有機バインダーを含有することを特徴とする、銀塗料組成物、
(13) 上記(10)又は(11)記載の銀ナノ粒子分散体を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法、
(14) 上記(12)記載の銀塗料組成物を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法。
(7) The silver nanoparticle dispersion obtained by the method described in the above (5) or the silver coating composition obtained by the method described in the above (6) is applied on a substrate and fired to form a silver conductive layer. A method for producing a silver conductive material, comprising:
(8) The viscosity ratio of the viscosity (v1) at the time of increasing the shear rate and the viscosity (v2) at the time of decreasing the shear rate in the range of the shear rate of 2 to 30 s -1 when 78.5% by weight is contained in Texanol. (V1 / v2) is 2.0 or less, the average particle diameter is 70 to 350 nm, the coefficient of variation is 40% to 80%, and silver nanoparticles having an amine compound bonded to the particle surface;
(9) The silver particle according to (8), wherein the length of the molecule of the amine compound bonded to the particle surface is 7 to 8 °;
(10) A silver nanoparticle dispersion, wherein the silver particles according to (8) or (9) are dispersed in an organic solvent.
(11) The silver nanoparticles according to (8) or (9) are contained in an amount of 70 to 95% by weight, and the viscosity (v1) when the shear rate is increased and the viscosity (v1) when the shear rate is decreased in the range of the shear rate of 2 to 30 s −1 . A silver nanoparticle dispersion, wherein the viscosity ratio (v1 / v2) of the viscosity (v2) is 2.0 or less;
(12) A silver coating composition, wherein the silver nanoparticles according to (8) or (9) are dispersed in an organic solvent, and further containing an organic binder.
(13) A method for producing a silver conductive material, comprising a step of applying the silver nanoparticle dispersion according to the above (10) or (11) on a substrate and baking to form a silver conductive layer;
(14) A method for producing a silver conductive material, comprising a step of applying the silver coating composition according to (12) above on a substrate and firing the composition to form a silver conductive layer.

本発明により大粒径で広い分布の粒径に制御された銀粒子を容易に得ることができる。このような銀粒子を含む銀塗料組成物は、150℃以下の低温領域であっても焼結が可能で、生成する焼結体はバルクの銀に近い低抵抗値を示す。本発明は、スクリーン印刷を代表とする印刷方法により、PETやポリプロピレンなどの比較的耐熱性の低いプラスチック基板上に、数〜数10μmの厚膜の銀配線を成形できる材料、または導電性の接合材料やパワーデバイス等の大電流を取り扱う電気機器の接合材として利用が期待できる。   According to the present invention, silver particles having a large particle size and a controlled particle size with a wide distribution can be easily obtained. The silver coating composition containing such silver particles can be sintered even in a low temperature range of 150 ° C. or lower, and the resulting sintered body exhibits a low resistance value close to that of bulk silver. The present invention relates to a material capable of forming a silver film having a thickness of several to several tens of micrometers on a relatively heat-resistant plastic substrate such as PET or polypropylene by a printing method represented by screen printing, or a conductive bonding method. It can be expected to be used as a bonding material for electrical equipment handling large currents such as materials and power devices.

また、本発明での銀粒子の合成では、使用するアミン化合物量が従来の合成法よりも少なくても大粒径かつ広分布の銀粒子を得ることができ、人体や環境の負荷の高いアルキルアミンの利用をさらに低減できるので、スケールアップされた工業的な製造において、安全性の高い製造方法が提供される。   Further, in the synthesis of silver particles in the present invention, even if the amount of the amine compound used is smaller than that of the conventional synthesis method, silver particles having a large particle size and a wide distribution can be obtained, and an alkyl having a high burden on the human body and the environment can be obtained. Since the use of amines can be further reduced, a highly safe production method is provided in scaled-up industrial production.

図1は、実施例1で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 1 is a view showing an SEM photograph of the particles obtained in Example 1. 図2は、実施例2及び3で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 2 is a view showing an SEM photograph of the particles obtained in Examples 2 and 3. 図3は、実施例4で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Example 4. 図4は、実施例5で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Example 5. 図5は、実施例6で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Example 6. 図6は、実施例7で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 6 is a view showing an SEM photograph of the particles obtained in Example 7. 図7は、実施例8、実施例9で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing SEM photographs of the particles obtained in Examples 8 and 9. 図8は、比較例1で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 1. 図9は、比較例2で得られた粒子のSTEM写真を示す図である。FIG. 9 is a view showing a STEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 2. 図10は、比較例3で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 3. 図11は、比較例4で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 4.

図12は、比較例5で得られた粒子のSEM写真を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an SEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 5. 図13は、比較例6で得られた粒子のSTEM写真を示す図である。FIG. 13 is a STEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 6. 図14は、比較例7で得られた粒子のSTEM写真を示す図である。FIG. 14 is a STEM photograph of the particles obtained in Comparative Example 7. 図15は、実施例1で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 1. 図16は、実施例2及び3で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Examples 2 and 3. 図17は、実施例4で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 4. 図18は、実施例5で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 5. 図19は、実施例6で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 6. 図20は、実施例7で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 7. 図21は、実施例8、実施例9で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Example 8 and Example 9. 図22は、比較例1で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Comparative Example 1. 図23は、比較例2で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating a particle size distribution histogram of the particles obtained in Comparative Example 2. 図24は、比較例6で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Comparative Example 6. 図25は、比較例7で得られた粒子の粒度分布ヒストグラムを示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a particle size distribution histogram of the particles obtained in Comparative Example 7. 図26は、実施例8で得られた粒子から作製したペーストの塗膜表面のSEM写真を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing an SEM photograph of a coating film surface of a paste produced from the particles obtained in Example 8. 図27は、実施例9で得られた粒子から作製したペーストの塗膜表面のSEM写真を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing an SEM photograph of the surface of a coating film of a paste produced from the particles obtained in Example 9. 図28は、比較例1で得られた粒子から作製したペーストの塗膜表面のSEM写真を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing an SEM photograph of a coating film surface of a paste produced from the particles obtained in Comparative Example 1. 図29は、実施例8、実施例9で得られた粒子から作製したペーストの粘度比較データを示す図である。FIG. 29 is a diagram showing viscosity comparison data of pastes prepared from the particles obtained in Examples 8 and 9. 図30は、比較例1で得られた粒子から作製したペーストの粘度データを示す図である。FIG. 30 is a diagram showing viscosity data of a paste produced from the particles obtained in Comparative Example 1.

本発明は、熱分解性を有する銀化合物(a)と錯体形成するアミン化合物(b)を反応させて銀ナノ粒子を製造する方法において、有機溶媒中で錯体形成を行い、かつ錯体形成時に、一定量の水を存在させることが特徴である。これにより、広分布を持った銀ナノ粒子を製造する際に、200〜500nmの大粒径領域の銀ナノ粒子を合成しやすく、さらに極性溶媒と併用することで、アミン化合物全体の使用量を少なくすることができる。
また、特定の粒子径・粒度分布の銀粒子に、特定の保護剤を銀粒子表面に結合させることにより、凝集物が抑制でき、特にスクリーン印刷に適した粘度挙動を持つ銀塗料組成物を作製することを可能にする。
以下、詳細に説明する。
The present invention provides a method for producing silver nanoparticles by reacting an amine compound (b) that forms a complex with a thermally decomposable silver compound (a), wherein the complex is formed in an organic solvent, and It is characterized by the presence of a certain amount of water. Thereby, when manufacturing silver nanoparticles having a wide distribution, it is easy to synthesize silver nanoparticles in a large particle size region of 200 to 500 nm, and by using together with a polar solvent, the usage amount of the entire amine compound can be reduced. Can be reduced.
In addition, by binding a specific protective agent to silver particles having a specific particle size and particle size distribution on the surface of the silver particles, it is possible to suppress agglomerates and to produce a silver paint composition having a viscosity behavior particularly suitable for screen printing. To be able to
The details will be described below.

<銀ナノ粒子合成における材料の説明>
〔1.銀化合物(a)〕
本発明の銀粒子の製造方法では、まず、出発原料として熱分解性を有する銀化合物を用いる。熱分解性を有する銀化合物とは、後述する成分(b)と錯体化して、通常の設備で可能な加熱条件下で熱分解する銀化合物をいう。具体的には、シュウ酸銀、硝酸銀、酢酸銀、炭酸銀、酸化銀、亜硝酸銀、安息香酸銀、シアン酸銀、クエン酸銀、乳酸銀等を適応できる。これら銀化合物のうち、特に好ましいのは、炭酸銀又はシュウ酸銀(Ag)である。さらに好ましくはシュウ酸銀である。シュウ酸銀は、還元剤を要することなく比較的低温で分解して銀粒子を生成することができる。また、分解により生じる二酸化炭素はガスとして放出されることから、溶液中に不純物を残留させることもないためである。
<Explanation of Materials for Silver Nanoparticle Synthesis>
[1. Silver compound (a)]
In the method for producing silver particles of the present invention, first, a silver compound having thermal decomposability is used as a starting material. The thermally decomposable silver compound is a silver compound that is complexed with the component (b) described below and thermally decomposes under heating conditions that can be achieved with ordinary equipment. Specifically, silver oxalate, silver nitrate, silver acetate, silver carbonate, silver oxide, silver nitrite, silver benzoate, silver cyanate, silver citrate, silver lactate, and the like can be used. Among these silver compounds, particularly preferred is silver carbonate or silver oxalate (Ag 2 C 2 O 4 ). More preferably, it is silver oxalate. Silver oxalate can be decomposed at relatively low temperatures without the need for a reducing agent to produce silver particles. In addition, since carbon dioxide generated by decomposition is released as a gas, impurities do not remain in the solution.

〔2.錯体形成するアミン化合物(b)〕
次に、本発明においては、(b)成分として銀化合物と錯体形成しうるアミン化合物を用いる。この化合物は、銀化合物と錯体を形成して銀化合物の熱分解温度を下げ、低温で銀粒子を生成することを可能にする機能を有する。同時に、アミン化合物の有する有機基により、銀粒子の分散安定性の効果を持たせる保護剤の機能を有する。
このようなアミン化合物としては、銀化合物と錯体を形成しうるアミン化合物であれば特に限定されない。特に、アミン化合物のアミノ基に結合する水素原子の数は、1つまたは2つ、すなわち、1級アミン(RNH2)、又は2級アミン(R2NH)が好ましい。
[2. Amine compound (b) that forms a complex]
Next, in the present invention, an amine compound capable of forming a complex with a silver compound is used as the component (b). This compound has a function of forming a complex with the silver compound to lower the thermal decomposition temperature of the silver compound and to form silver particles at a low temperature. At the same time, the organic compound of the amine compound has a function of a protective agent that has the effect of dispersion stability of silver particles.
Such an amine compound is not particularly limited as long as it is an amine compound capable of forming a complex with the silver compound. In particular, the number of hydrogen atoms bonded to the amino group of the amine compound is preferably one or two, that is, a primary amine (RNH 2 ) or a secondary amine (R 2 NH).

このように銀化合物と、これと錯体形成しうるアミン化合物から銀粒子を形成すること自体は背景技術として説明したように公知である。そして本発明でも、アミン化合物として公知技術で使用されてきた「脂肪族炭化水素モノアミン」や「脂肪族炭化水素ジアミン」のような脂肪族炭化水素アミン化合物を使用することも差し支えない。「脂肪族炭化水素モノアミン」や「脂肪族炭化水素ジアミン」として具体的には、アルキルアミン、アルコキシアミン、アルキルエーテルアミンが挙げられる。このうちアルキルアミンとしては、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン等が挙げられる。   The formation of silver particles from a silver compound and an amine compound capable of forming a complex with the silver compound is known per se as described as the background art. In the present invention, an aliphatic hydrocarbon amine compound such as an “aliphatic hydrocarbon monoamine” or an “aliphatic hydrocarbon diamine” which has been used in the related art as the amine compound may be used. Specific examples of “aliphatic hydrocarbon monoamine” and “aliphatic hydrocarbon diamine” include alkylamine, alkoxyamine, and alkyletheramine. Among them, examples of the alkylamine include n-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, and 2-ethylhexylamine.

しかし、これらのアミン化合物のうちアルキルアミンは刺激臭が強く、分解反応時に炭酸ガスとともに高温で排出されるリスクがあるので、刺激臭を抑えたい場合には、酸素原子を含むアミン化合物を用いるのが好ましい。具体的には、アルコキシアミン、アルキルエーテルアミン、アミノアルコールである。
本発明者の検討により、これらの酸素原子を含むアミン化合物は、刺激臭が抑えられるだけでなく、そのうち特に以下に説明する特定のアミノアルコールは、得られる銀粒子の物性も優れていることが判明した。
However, among these amine compounds, alkylamines have a strong irritating odor, and there is a risk of being emitted at a high temperature together with carbon dioxide gas during the decomposition reaction. Therefore, when it is desired to suppress the irritating odor, an amine compound containing an oxygen atom should be used. Is preferred. Specific examples include alkoxyamines, alkyl ether amines, and amino alcohols.
According to the study by the present inventors, these amine compounds containing oxygen atoms not only have a suppressed irritating odor, but among them, the specific amino alcohols described in particular below have excellent physical properties of the obtained silver particles. found.

(2−1. アミノアルコール(b1))
酸素原子を含むアミン化合物として特に炭素数3〜4のアミノアルコールは、粒子径を大きく、かつ粒度分布を広くする効果を一層上げることができるので好ましい。さらに好ましくは、(i)炭素数3〜4の分岐型1級アミノアルコールであって、(ii)アミノ基と水酸基とを1つずつ持ち、かつ(iii)炭素数2のアルキル鎖を介して、アミノ基と水酸基が結合されているもの、またはiv)炭素数3の直鎖状2級アミノアルコールである。このような特定のアミノアルコールを用いることにより、特に得られる銀粒子の粒径を容易に大きくかつ広い分布のものとすることを可能にする。
ここで、(i)「分岐型」とは、炭素原子とヘテロ原子とからなる骨格が直線状ではなく枝分かれしていることをいう。また(ii)アミノ基と水酸基とを1つ以上ずつ持つものが好ましく、特に各々1つずつが好ましい。(iii)「炭素数2のアルキル鎖を介して、アミノ基と水酸基が結合されている」とは、炭素原子とヘテロ原子とからなる骨格中、隣り合った2つの炭素原子に各々、アミノ基と水酸基とが結合していることをいう。
また、このような(i)〜(iii)またはiv)を満たすアミノアルコールを用いることにより、銀化合物との錯体形成を促進させることができ、かつ大粒径で分布の広い粒子を得ることができる。
(2-1. Amino alcohol (b1))
Amino alcohol having 3 to 4 carbon atoms is particularly preferable as an amine compound containing an oxygen atom, because the effect of increasing the particle size and broadening the particle size distribution can be further enhanced. More preferably, (i) a branched primary amino alcohol having 3 to 4 carbon atoms, (ii) having one amino group and one hydroxyl group, and (iii) via an alkyl chain having 2 carbon atoms , An amino group and a hydroxyl group are bonded, or iv) a linear secondary amino alcohol having 3 carbon atoms. By using such a specific amino alcohol, it is possible to easily obtain particularly large silver particles having a wide particle size distribution.
Here, (i) “branched” means that the skeleton composed of carbon atoms and hetero atoms is not linear but is branched. Further, (ii) those having one or more amino groups and one or more hydroxyl groups are preferred, and one each is particularly preferred. (iii) “An amino group and a hydroxyl group are bonded via an alkyl chain having 2 carbon atoms” means that two adjacent carbon atoms in a skeleton composed of a carbon atom and a hetero atom are each an amino group And a hydroxyl group.
Further, by using an amino alcohol satisfying such (i) to (iii) or iv), complex formation with a silver compound can be promoted, and particles having a large particle size and a wide distribution can be obtained. it can.

以上の条件を満たす炭素数4以下のアミノアルコールとしては、(i)〜(iii)を満たすアミノアルコールとして、1−アミノ−2−ブタノール、DL−1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(以下、AMP)、DL−2−アミノ−1−プロパノールが挙げられる。また、(iv)を満たすアミノアルコールとして、N−メチルエタノールアミン、が挙げられる。   Examples of the amino alcohol having 4 or less carbon atoms satisfying the above conditions include 1-amino-2-butanol, DL-1-amino-2-propanol, and 2-amino-amino alcohol satisfying (i) to (iii). 2-methyl-1-propanol (hereinafter, AMP) and DL-2-amino-1-propanol are exemplified. Moreover, N-methylethanolamine is mentioned as an amino alcohol satisfying (iv).

これらのうち特に、AMP、1−アミノ−2−ブタノール、DL−1−アミノ−2−プロパノール、DL−2−アミノ−1−プロパノールが扱いやすく、アルコール溶媒のような極性溶媒存在下での錯形成が容易に起こり、かつ大粒径かつ広い粒度分布の銀粒子を容易に得ることができるので最も好ましい。これらのうちでも特に、AMPが最も以上の効果が高く優れている。さらに銀表面に結合することで、分散体の粘度を上げる効果も優れている。
なお、以上の(b)成分は、1種のみを用いても、2種以上混合して用いてもよい。
Among these, AMP, 1-amino-2-butanol, DL-1-amino-2-propanol, and DL-2-amino-1-propanol are particularly easy to handle, and are complex in the presence of a polar solvent such as an alcohol solvent. It is most preferable because formation easily occurs and silver particles having a large particle size and a wide particle size distribution can be easily obtained. Among them, AMP is particularly excellent in the highest effect. Further, by bonding to the silver surface, the effect of increasing the viscosity of the dispersion is excellent.
The above component (b) may be used alone or in combination of two or more.

(2−2. 分子の長さが5Å以上のアミン化合物(b2))
本発明では、粒子の融着・凝集を防ぎ、安定な分散体を得るために、以下のアミン化合物を含有させるのが好ましい。すなわち、銀化合物と錯形成しうるアミン化合物であって、分子の長さが5Å以上であり、かつアミン化合物を構成する原子が、N、C及びHであるもの、又はN、C、H及びOであるものである。
(2-2. Amine compound (b2) having a molecular length of 5 ° or more)
In the present invention, in order to prevent fusion and aggregation of particles and to obtain a stable dispersion, it is preferable to contain the following amine compounds. That is, an amine compound capable of forming a complex with a silver compound, having a molecular length of 5 ° or more, and atoms constituting the amine compound being N, C and H, or N, C, H and O.

ここで、分子の長さとは、水素原子を含まない最も距離の長い2原子の距離である。この分子の長さは計算により求めることができる。計算条件は、密度汎関数法、関数 ωB97X-D、基底関数 6-31+G*、環境 真空中 エネルギー状態 基底状態、で、SPARTAN`16V1,1,0 など各種の分子計算ソフトウェアで計算できる。また、分子の長さが5Å以上、より好ましくは7Å以上であれば、特に立体障害効果による分散安定性を持たせる保護剤としての機能が優れている。その中でも、分子の長さが5〜8Åであるものが好ましく、さらに好ましいのは、分子の長さが7〜8Åのものである。
これらのアミン化合物のうち、特にアミノ基を含めて7原子以上で構成された主鎖(主骨格)を持つアミン化合物が好ましい。なお枝分かれしている場合は、最も長い鎖を主鎖とする。アミン化合物のアミノ基に結合する炭化水素基の数は限定されないが、1つまたは2つである1級アミン又は2級アミンが特に銀と配位結合しやすいので好ましい。
Here, the length of a molecule is a distance between two longest atoms not including a hydrogen atom. The length of this molecule can be determined by calculation. The calculation conditions are density functional theory, function ωB97X-D, basis function 6-31 + G *, environment vacuum energy state ground state, and can be calculated by various molecular calculation software such as SPARTAN`16V1,1,0. When the length of the molecule is 5 ° or more, more preferably 7 ° or more, the function as a protective agent for imparting dispersion stability due to the steric hindrance effect is particularly excellent. Among them, those having a molecular length of 5 to 8 ° are preferable, and those having a molecular length of 7 to 8 ° are more preferable.
Among these amine compounds, an amine compound having a main chain (main skeleton) composed of at least 7 atoms including an amino group is particularly preferable. When the chain is branched, the longest chain is used as the main chain. The number of hydrocarbon groups bonded to the amino group of the amine compound is not limited, but one or two primary amines or secondary amines are preferable because they are particularly easily coordinated with silver.

このような分子の長さが5Å以上のアミン化合物の具体例としては、アルキルアミンとしては、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン等が挙げられる。アルコキシアミンとしては、3−メトキシプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン等が挙げられる。アルキルエーテルアミンとしては、HUNTSMAN製JEFFAMINEのMシリーズ、M−600、M−1000、M−2005、M−2070等が挙げられる。アミノアルコールとしては、4−アミノ−1−ブタノール、5−アミノ−1−ペンタノール、6−アミノ−1−ヘキサノール等が挙げられる。アミノエトキシとしては、ジグリコールアミン等が挙げられる。   Specific examples of such an amine compound having a molecular length of 5 ° or more include, as alkylamines, n-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, Ethylhexylamine and the like. Examples of the alkoxyamine include 3-methoxypropylamine and 3-ethoxypropylamine. Examples of the alkyl ether amine include JEFFAMINE M series manufactured by HUNTSMAN, M-600, M-1000, M-2005, and M-2070. Examples of the amino alcohol include 4-amino-1-butanol, 5-amino-1-pentanol, 6-amino-1-hexanol, and the like. Examples of aminoethoxy include diglycolamine.

より好適な具体例である7原子以上であり、かつ分子の長さが7Å以上のものは、アルキルアミンとしては、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン等が挙げられる。アルコキシアミンとしては、3−メトキシプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン等が挙げられる。アミノアルコールとしては、5−アミノ−1−ペンタノール、6−アミノ−1−ヘキサノール等が挙げられる。アミノエトキシとしては、ジグリコールアミンが挙げられる。さらに好ましくは、n−ヘキシルアミン、3−エトシキプロピルアミンである。
以上の(b2)成分は、1種類もしくは2種類以上併用しても可能である。
More preferred specific examples are those having 7 atoms or more and a molecule length of 7 ° or more, wherein the alkylamine is n-pentylamine, n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, 2-ethylhexylamine and the like. Examples of the alkoxyamine include 3-methoxypropylamine and 3-ethoxypropylamine. Examples of the amino alcohol include 5-amino-1-pentanol and 6-amino-1-hexanol. Aminoethoxy includes diglycolamine. More preferred are n-hexylamine and 3-ethoxypropylamine.
The above component (b2) can be used alone or in combination of two or more.

(2−3. (b1)と(b2)の比率)
錯体形成しうるアミン化合物((b)成分)のうち、炭素数4以下の特定のアミノアルコール(b1)と分子の長さが5Å以上のアミン化合物(b2)とを用いた場合の(b1)/[(b1)+(b2)]であらわされるモル比率は、好ましくは0.3〜0.8(モル比)、好ましくは0.4〜0.8である。
この範囲は、大粒子で高分布を持つ銀ナノ粒子を製造するのに、最も適している。前記モル比率が、0.3よりも小さくなると、分子の長さが長いアミン化合物の添加量が多くなり、粒子が全体に小さくなり、粒度分布も狭くなる傾向があるため大粒径で広い分布の粒子を得るのが難しくなる。また、前記モル比率が0.8より大きくなると、保護剤としての立体障害効果が弱くなり、合成時に銀粒子の融着が起こるリスクが高くなる。
(2-3. Ratio of (b1) and (b2))
(B1) when a specific amino alcohol (b1) having 4 or less carbon atoms and an amine compound (b2) having a molecular length of 5 ° or more are used among the amine compounds (component (b)) capable of forming a complex. The molar ratio represented by / [(b1) + (b2)] is preferably 0.3 to 0.8 (molar ratio), preferably 0.4 to 0.8.
This range is most suitable for producing large and highly distributed silver nanoparticles. When the molar ratio is less than 0.3, the amount of the amine compound having a long molecule is increased, the size of the particles is reduced, and the particle size distribution tends to be narrow. Particles are difficult to obtain. On the other hand, when the molar ratio is larger than 0.8, the steric hindrance effect as a protective agent is weakened, and the risk of fusion of silver particles during synthesis increases.

〔3. アミン化合物(b)と銀化合物(a)の比率・添加量〕
銀化合物の銀原子とアミン化合物(b)との混合量について、そのモル比(アミン化合物/銀化合物の銀原子)が、0.7以上である。好ましくは0.7〜2.0、さらに好ましくは0.8〜1.5、最も好ましくは0.8〜1.3となるようにしてアミン化合物(b)+(d)の量を調整する。そうすることにより、粒径にばらつきが生まれ、目的の粒径範囲の銀粒子を得ることが容易である。
[3. Ratio / addition amount of amine compound (b) and silver compound (a)]
The molar ratio (amine compound / silver compound silver atom) of the silver compound of the silver compound and the amine compound (b) is 0.7 or more. The amount of the amine compound (b) + (d) is adjusted so that it is preferably 0.7 to 2.0, more preferably 0.8 to 1.5, and most preferably 0.8 to 1.3. . By doing so, the particle size varies, and it is easy to obtain silver particles having a target particle size range.

前述した従来の各種の合成方法(特許文献1〜9)においては、アミン化合物/銀化合物の銀原子のモル比が2.0以上用いられている。これに対して本発明では、より少ないアミン量で銀粒子を得ることができるので、アミン排出量も少なくて済む。したがって、アミンの系外放出による人体や環境負荷のリスクを軽減できる。また同時に、このような従来の方法では、粒子径も小さく、分布の狭い粒子が合成されやすくなってしまうのに対し、本発明においては、分布が広く大粒径の銀粒子を得ることができ、最終的に低温焼結性に優れ、低抵抗な厚膜導電焼結体が得ることができるのである。
他方、モル比が0.7を下回ると、扁平状の粒子ができやすく、凝集しやすく銀塗料組成物の分散安定性が低くなる。
また、扁平状の粒子ができやすい条件では、せん断速度におけるヒステリシスが生じやすくなる。粒子が不均一な形状の場合、粒子表面の分散剤の吸着が不均一となるほか、粒子間の接触面積の増加による粒子間相互作用も大きいためと考えられる。このため、後述するせん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が1.2以下の粒子を得ることが難しくなる。
b成分のうち特に(b2)と銀化合物の比率(b2)/(銀化合物の銀原子)のモル比は、0.2以上が好ましい。特に好ましくは0.2〜1.4、さらに好ましくは0.4〜0.9である。この比率が0.2よりも下回ると、銀粒子の融着が起こりやすい傾向がある。b2成分の保護材としての立体障害効果が低下するためと推測される。他方、1.4を超えると、前述したb/銀化合物のモル比、及びb1/b2の好ましい比率を満たすのが難しくなる。
In the above-mentioned various conventional synthesis methods (Patent Documents 1 to 9), the amine compound / silver compound has a silver atom molar ratio of 2.0 or more. On the other hand, in the present invention, silver particles can be obtained with a smaller amount of amine, so that the amount of discharged amine can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the risk of human body and environmental load due to amine release from the system. At the same time, according to such a conventional method, particles having a small particle size and a narrow distribution are easily synthesized, whereas in the present invention, silver particles having a large distribution and a large particle size can be obtained. Finally, a thick-film conductive sintered body having excellent low-temperature sinterability and low resistance can be obtained.
On the other hand, when the molar ratio is less than 0.7, flat particles are likely to be formed, easily aggregated, and the dispersion stability of the silver coating composition is lowered.
In addition, under conditions where flat particles are likely to be formed, hysteresis at the shear rate is likely to occur. It is considered that when the particles have a non-uniform shape, the adsorption of the dispersant on the particle surface becomes non-uniform, and the interaction between the particles due to the increase in the contact area between the particles is large. For this reason, particles having a viscosity ratio (v1 / v2) of 1.2 or less of the viscosity (v1) at the time of increasing the shear rate and the viscosity (v2) at the time of decreasing the shear rate in a range of a shear rate of 2 to 30 s −1 which will be described later. It becomes difficult to obtain.
In particular, the molar ratio of the ratio (b2) of the silver compound to the silver compound (b2) / (silver atom of the silver compound) is preferably 0.2 or more. Particularly preferably, it is 0.2 to 1.4, more preferably 0.4 to 0.9. If the ratio is less than 0.2, the fusion of silver particles tends to occur. It is presumed that the steric hindrance effect as the protective material of the b2 component is reduced. On the other hand, when the ratio exceeds 1.4, it becomes difficult to satisfy the above-mentioned molar ratio of b / silver compound and the preferable ratio of b1 / b2.

〔4.有機溶媒(c)〕
本発明は、以上説明した銀化合物とアミン化合物の錯体形成反応を、有機溶媒の存在下で行う。
本発明では、極性の官能基を持っている溶媒が好ましく、具体的には、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アルデヒド系溶媒、アミド系溶媒、エスエル系溶媒、ニトリル系溶媒、エーテル系溶媒、グリコール系溶媒、グリコールエーテル系溶媒、グリコールエステル系溶媒、グライム系溶媒が好ましい。
特にアルコール溶媒又はグライム系溶媒が好ましく、中でも炭素数3〜12のアルコールが好ましい。例えば、n−プロパノール(沸点bp:97℃)、イソプロパノール(bp:82℃)、n−ブタノール(bp:117℃)、イソブタノール(bp:107.89℃)、sec−ブタノール(bp:99.5℃)、tert−ブタノール(bp:82.45℃)、n−ペンタノール(bp:136℃)、n−ヘキサノール(bp:156℃)、n−オクタノール(bp:194℃)、2−オクタノール(bp:174℃)、n−ノナノール(bp:215℃)、5−ノナノール(bp:195℃)、n−デカノール(bp:232.9℃)、n−ウンデカノール(bp:243℃)、2−ウンデカノール(bp:131℃)、n−ドデカノール(bp:259℃)、2−ドデカノール(bp:250℃)等が挙げられる。
また、グライム系溶媒としては、例えば、モノグライム(bp:85℃)、エチルグライム(bp:121℃)、ジグライム(bp:162℃)、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(bp:171℃)、エチルジグライム(bp:188℃)、トリグライム(bp:216℃)、ブチルジグライム(bp:256℃)、テトラグライム(bp:275℃)等が挙げられる。中でも沸点が150℃以上のものが扱いやすい。
これらの中でも、後に行われる錯化合物の熱分解工程の温度を高くできること、銀ナノ粒子の形成後の後処理での利便性を考慮して、n−ブタノール、n−ヘキサノール、n−デカノール、ジグライムが好ましい。これら単独で用いても良いし、2種類以上混同して用いてもよい。
[4. Organic solvent (c)]
In the present invention, the complex formation reaction between the silver compound and the amine compound described above is performed in the presence of an organic solvent.
In the present invention, a solvent having a polar functional group is preferred.Specifically, alcohol-based solvents, ketone-based solvents, aldehyde-based solvents, amide-based solvents, S-based solvents, nitrile-based solvents, ether-based solvents, glycols Solvents, glycol ether solvents, glycol ester solvents, and glime solvents are preferred.
Particularly, an alcohol solvent or a glyme solvent is preferable, and among them, an alcohol having 3 to 12 carbon atoms is preferable. For example, n-propanol (bp: 97 ° C), isopropanol (bp: 82 ° C), n-butanol (bp: 117 ° C), isobutanol (bp: 107.89 ° C), sec-butanol (bp: 99. ° C). 5 ° C), tert-butanol (bp: 82.45 ° C), n-pentanol (bp: 136 ° C), n-hexanol (bp: 156 ° C), n-octanol (bp: 194 ° C), 2-octanol (Bp: 174 ° C), n-nonanol (bp: 215 ° C), 5-nonanol (bp: 195 ° C), n-decanol (bp: 232.9 ° C), n-undecanol (bp: 243 ° C), 2 -Undecanol (bp: 131 ° C), n-dodecanol (bp: 259 ° C), 2-dodecanol (bp: 250 ° C) and the like.
Examples of the glyme-based solvent include, for example, monoglyme (bp: 85 ° C), ethyl glyme (bp: 121 ° C), diglyme (bp: 162 ° C), dipropylene glycol dimethyl ether (bp: 171 ° C), ethyl diglyme ( bp: 188 ° C.), triglyme (bp: 216 ° C.), butyl diglyme (bp: 256 ° C.), tetraglyme (bp: 275 ° C.) and the like. Among them, those having a boiling point of 150 ° C. or more are easy to handle.
Among these, n-butanol, n-hexanol, n-decanol, diglyme are considered in consideration of the fact that the temperature of the later-described complex compound pyrolysis step can be increased and the convenience of post-treatment after the formation of silver nanoparticles is taken into consideration. Is preferred. These may be used alone or in combination of two or more.

(4−1.有機溶媒の添加量)
また、有機溶媒は、各成分の十分な撹拌操作のため、前記銀化合物(a)100重量部に対し、80〜130重量部(すなわち(c)/(a)の重量比が0.8〜1.3となる量)の有機溶媒を混合したものが好ましい。さらに好ましくは(a)100重量部に対し80〜125重量部である。
(4-1. Addition amount of organic solvent)
Further, the organic solvent is used in an amount of 80 to 130 parts by weight (that is, the weight ratio of (c) / (a) is 0.8 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silver compound (a)) for sufficient stirring operation of each component. (Amount to be 1.3) is preferable. More preferably, the amount is 80 to 125 parts by weight based on 100 parts by weight of (a).

(4−2.有機溶媒の添加方法)
本発明において、アミン化合物(b)と銀化合物(a)とを銀化合物とアミン化合物の錯体形成反応を、有機溶媒の存在下で行うには、いくつかの形態をとり得る。
例えば、固体の銀化合物と有機溶媒特にアルコール溶媒とを混合して、銀化合物―アルコールスラリーを得て、次に得られた銀化合物−アルコールスラリーに、アミン化合物(b)を添加してもよい。本発明においてスラリーとは、固体の銀化合物が有機溶媒または有機溶媒とアミン化合物との混液中に分散されている混合物を表している。スラリーを得るには、反応容器に、固体の銀化合物を仕込み、それに有機溶媒または有機溶媒とアミン化合物との混液を添加しスラリーを得ると良い。
(4-2. Method of adding organic solvent)
In the present invention, the amine compound (b) and the silver compound (a) may take several forms to carry out the complex formation reaction between the silver compound and the amine compound in the presence of an organic solvent.
For example, a solid silver compound and an organic solvent, particularly an alcohol solvent, are mixed to obtain a silver compound-alcohol slurry, and then the amine compound (b) may be added to the obtained silver compound-alcohol slurry. . In the present invention, a slurry refers to a mixture in which a solid silver compound is dispersed in an organic solvent or a mixture of an organic solvent and an amine compound. In order to obtain a slurry, a solid silver compound is charged into a reaction vessel, and an organic solvent or a mixture of an organic solvent and an amine compound is added thereto to obtain a slurry.

あるいは、有機溶媒とアミン化合物との混液を反応容器に仕込み、それに銀化合物を添加しても良い。
尚、シュウ酸銀については、乾燥状態において爆発性があることが報告されている。したがって、銀化合物としてシュウ酸銀を用いる場合には、湿潤状態にしたものを利用するのが好ましい。湿潤状態にすることで爆発性が著しく低下し、取扱い性が容易になるためである。そこで、水又は前述した有機溶媒を混合して湿潤状態にして用いればよい。
Alternatively, a liquid mixture of an organic solvent and an amine compound may be charged into a reaction vessel, and a silver compound may be added thereto.
It has been reported that silver oxalate has explosive properties in a dry state. Therefore, when silver oxalate is used as the silver compound, it is preferable to use a wet one. The reason for this is that the explosive property is significantly reduced by making it in a wet state, and the handling property becomes easy. Therefore, water or the above-mentioned organic solvent may be mixed and used in a wet state.

〔5.脂肪族カルボン酸について〕
また、粒子径、粒度分布の調整のために、錯形成時に脂肪族カルボン酸を用いてもよい。脂肪族カルボン酸を添加することで、粒子径は小さく、粒度分布は狭くなる傾向にある。水分量と適宜調整し、利用することが望ましい。前記脂肪族カルボン酸は前記アミン類と共に用いるとよく、銀化合物とアミンを混合させる際に添加して用いることもできる。
前記脂肪族カルボン酸としては、飽和又は不飽和の脂肪族カルボン酸が用いられる。例えば、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、ノナデカン酸、イコサン酸、エイコセン酸等の炭素数4以上の飽和脂肪族モノカルボン酸; オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、パルミトレイン酸等の炭素数8以上の不飽和脂肪族モノカルボン酸が挙げられる。
[5. About aliphatic carboxylic acid)
In order to adjust the particle size and the particle size distribution, an aliphatic carboxylic acid may be used during complex formation. Addition of the aliphatic carboxylic acid tends to reduce the particle size and narrow the particle size distribution. It is desirable to adjust the water content appropriately and use it. The aliphatic carboxylic acid is preferably used together with the amines, and may be added when mixing the silver compound and the amine.
As the aliphatic carboxylic acid, a saturated or unsaturated aliphatic carboxylic acid is used. For example, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, tetradecanoic acid, pentadecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, nonadecanoic acid, Saturated aliphatic monocarboxylic acids having 4 or more carbon atoms such as icosanoic acid and eicosenoic acid; and unsaturated aliphatic monocarboxylic acids having 8 or more carbon atoms such as oleic acid, elaidic acid, linoleic acid, and palmitoleic acid.

これらの内でも、炭素数8〜18の飽和又は不飽和の脂肪族モノカルボンが好ましい。炭素数8以上とすることにより、カルボン酸基が銀粒子表面に吸着した際に他の銀粒子との間隔を確保できるため、銀粒子同士の凝集を防ぐ作用が向上する。入手のし易さ、焼成時の除去のし易さ等を考慮して、通常、炭素数18までの飽和又は不飽和の脂肪族モノカルボン酸化合物が好ましい。特に、オクタン酸、オレイン酸等が好ましく用いられる。前記脂肪族カルボン酸のうち、1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Among them, saturated or unsaturated aliphatic monocarboxylic acids having 8 to 18 carbon atoms are preferable. When the number of carbon atoms is 8 or more, when the carboxylic acid group is adsorbed on the surface of the silver particles, an interval between the silver particles and other silver particles can be ensured, so that the effect of preventing aggregation of the silver particles is improved. Taking into account the availability and ease of removal during firing, etc., saturated or unsaturated aliphatic monocarboxylic acid compounds having up to 18 carbon atoms are usually preferred. Particularly, octanoic acid, oleic acid and the like are preferably used. One of the aliphatic carboxylic acids may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

(5−1.脂肪族カルボン酸の添加量)
前記脂肪族カルボン酸は、用いる場合には、原料の前記銀化合物の銀原子1モルに対して、例えば0.05〜10モル程度用いるとよく、好ましくは0.1〜5モル、より好ましくは0.5〜2モル用いるとよい。前記脂肪族カルボン酸の量が、前記銀原子1モルに対して、0.05モルよりも少ないと、前記脂肪族カルボン酸の添加による粒子径制御の効果が弱い。一方、前記脂肪族カルボン酸の量が10モルに達すると、粒子径が小さく揃いすぎる可能性もあるし、洗浄もしくは、表面保護剤置換工程においても、残存する可能性があるので、低温焼成での該脂肪族カルボン酸の除去がされにくくなる。ただし、脂肪族カルボン酸を用いなくてもよい。
(5-1. Addition amount of aliphatic carboxylic acid)
When the aliphatic carboxylic acid is used, it may be used in an amount of, for example, about 0.05 to 10 mol, preferably 0.1 to 5 mol, and more preferably, 1 mol of silver atom of the silver compound as a raw material. It is preferable to use 0.5 to 2 mol. If the amount of the aliphatic carboxylic acid is less than 0.05 mol per 1 mol of the silver atom, the effect of controlling the particle size by adding the aliphatic carboxylic acid is weak. On the other hand, when the amount of the aliphatic carboxylic acid reaches 10 mol, the particle diameter may be too small and uniform, and may be left in the washing or the surface protective agent replacement step. Is difficult to remove. However, an aliphatic carboxylic acid may not be used.

〔6.水、水分量の説明〕
本発明では、以上説明した銀化合物とアミン化合物の錯体形成時に、有機溶媒存在下において、一定量の水を存在させることを特徴とする。すなわち、銀化合物(a)100重量部に対して5〜20重量部の水を存在させる。これにより、得られる銀ナノ粒子は、粒径が比較的大きく、しかも粒度分布が広いものであることが本発明者らの検討により判明したのである。この大粒径で分布が広い銀ナノ粒子は、後述するように、優れた効果を有するものである。
[6. Explanation of water and water content)
The present invention is characterized in that a fixed amount of water is present in the presence of an organic solvent at the time of forming a complex between a silver compound and an amine compound as described above. That is, water is present in an amount of 5 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the silver compound (a). Thus, the present inventors have found that the silver nanoparticles obtained have a relatively large particle size and a wide particle size distribution. The silver nanoparticles having a large particle size and a wide distribution have excellent effects as described later.

特に好ましくは12〜18重量部、さらに好ましくは14〜16重量部である。
水分含有量が5重量部より少ないと、得られる銀粒子の粒度分布が揃いすぎ、焼結体の空隙が生まれ、広い分布の銀粒子を得るのが困難である。一方、20重量部を超えると、銀粒子が粗大になりすぎ、粒子が融着・合一する部分が生まれ、好ましくない。使用する水に関しては、金属イオン不純物を低減したイオン交換水が好ましい。水を添加するタイミングについては、加熱工程の前であればよく、銀−アミン錯体の形成前、あるいは錯体形成後の、いずれの段階で添加してもよい。
また、前述した有機溶媒(c)と水との比率は、水/有機溶媒の重量比が0.03〜0.3が好ましい。より好ましくは0.1〜0.25である。この範囲で特に、後述する本発明の粒子径及び粒度分布を有する銀ナノ粒子を得るのが容易である。
Particularly preferably, it is 12 to 18 parts by weight, more preferably 14 to 16 parts by weight.
If the water content is less than 5 parts by weight, the particle size distribution of the obtained silver particles is too uniform, voids are generated in the sintered body, and it is difficult to obtain silver particles with a wide distribution. On the other hand, when the amount exceeds 20 parts by weight, the silver particles become too coarse, and a portion where the particles are fused and united is produced, which is not preferable. As for the water to be used, ion-exchanged water in which metal ion impurities are reduced is preferable. The timing of adding water may be before the heating step, and may be added at any stage before the formation of the silver-amine complex or after the formation of the complex.
Further, the weight ratio of water / organic solvent is preferably 0.03 to 0.3 for the ratio between the above-mentioned organic solvent (c) and water. More preferably, it is 0.1 to 0.25. Particularly in this range, it is easy to obtain silver nanoparticles having the particle size and particle size distribution of the present invention described below.

<銀ナノ粒子の製造方法>
〔7.液体原料の混合〕
本発明において、通常は、前記極性溶媒(c)の中に、前記錯体形成するアミン化合物を入れ、混合する。必要に応じて、脂肪族カルボン酸、水を添加・混合し、反応に必要な液体原料を調整することができる。
液体原料で、常温で固体の物質があった場合は、適宜加熱を行い混合する事もできる。加熱する温度としては、100℃以下、好ましくは、80℃以下、さらに好ましくは、60℃以下で加熱し、液状化する液体原料の構成が望ましい。前記温度域よりも高い温度だと、銀化合物と混ぜてスラリー化する場合に、先に一部錯体化・シュウ酸分解反応が始まってしまい、系内の均一性が確保されないまま銀ナノ粒子が生成されてしまう可能性がある。
<Production method of silver nanoparticles>
[7. Mixing of liquid raw materials)
In the present invention, usually, the amine compound that forms the complex is placed in the polar solvent (c) and mixed. If necessary, an aliphatic carboxylic acid and water can be added and mixed to adjust a liquid raw material necessary for the reaction.
When a liquid material has a solid substance at normal temperature, it can be mixed by appropriately heating. The heating temperature is preferably 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower, and further preferably 60 ° C. or lower. If the temperature is higher than the above temperature range, when mixed with a silver compound to form a slurry, a partial complexation / oxalic acid decomposition reaction will start first, and silver nanoparticles will remain without ensuring uniformity in the system. May be generated.

〔8.銀化合物スラリーの作製〕
前記銀化合物(a)と前記液体原料を混合し、銀化合物スラリーを調製する。または、先に極性溶媒と前記銀化合物(a)のみを混合し、前記アミン化合物を後で添加してもよい。
銀化合物と、所定量のアミン混合液、または、必要に応じて脂肪族カルボン酸、水を混合する。この際の混合は、室温で撹拌しながら、あるいは銀化合物へのアミン類との配位反応(錯体化反応)は発熱を伴うため室温以下に適宜冷却して撹拌しながら行うとよい。銀化合物とアミン化合物等との混合液は、有機溶媒存在下にて行われるので、撹拌及び冷却は良好に行うことができる。有機溶媒とアミン化合物の過剰分が反応媒体の役割を果たす。
[8. Preparation of silver compound slurry)
The silver compound (a) is mixed with the liquid raw material to prepare a silver compound slurry. Alternatively, only the polar solvent and the silver compound (a) may be mixed first, and the amine compound may be added later.
A silver compound is mixed with a predetermined amount of an amine mixture, or, if necessary, an aliphatic carboxylic acid and water. The mixing at this time may be carried out while stirring at room temperature or while stirring while appropriately cooling the silver compound to room temperature or lower because the coordination reaction (complexation reaction) with the amines generates heat. Since the mixture of the silver compound and the amine compound is performed in the presence of an organic solvent, stirring and cooling can be performed well. The excess of the organic solvent and the amine compound serves as a reaction medium.

それと、揮発性の高いアルキルアミンの臭気は作業環境への悪影響が大きい、本発明においては、銀ナノ粒子合成時に使用する揮発性の高いアルキルアミンの量を軽減、または無くすことができるので、原料を仕込む際に臭気や作業者への暴露を軽減できる。   In addition, the odor of the highly volatile alkylamine has a large adverse effect on the working environment.In the present invention, the amount of the highly volatile alkylamine used in synthesizing silver nanoparticles can be reduced or eliminated. The odor and the exposure to workers can be reduced during the preparation.

〔9.銀アミン錯体について〕
生成する錯化合物が一般にその構成成分に応じた色を呈するので、反応混合物の色の変化から、錯化合物の生成反応の進行を検知することができる。また、色の変化で確認がとりにくい場合、反応混合物の粘性の変化や、温度の変化などで生成状態を検知することができる。このようにして、極性溶媒及びアミン化合物を主体とする媒体中に銀アミン錯体が得られる。
[9. About silver amine complex]
Since the formed complex compound generally exhibits a color corresponding to the component, the progress of the complex compound formation reaction can be detected from the change in the color of the reaction mixture. When it is difficult to confirm the change due to the change in color, it is possible to detect the formation state based on a change in the viscosity of the reaction mixture or a change in the temperature. In this way, a silver amine complex is obtained in a medium mainly composed of a polar solvent and an amine compound.

〔10.錯体化から分解反応までの昇温速度条件の説明〕
反応系の加熱工程において、加熱速度は析出する銀粒子の粒径に影響を及ぼすことから、加熱工程の加熱速度の調整により銀粒子の粒径をコントロールすることができる。ここで、加熱工程の速度は、設定した分解温度まで、3.0〜50℃/minの範囲で調整することが望ましい。昇温時間が遅い方が、粒子成長が起こりやすく大粒子径が形成されやすいが、3.0℃/minよりも遅い昇温速度であると、粒子成長が促進されやすく、隣の粒子とも同一してしまい、好ましくない。
[10. Explanation of heating rate conditions from complexation to decomposition reaction]
In the heating step of the reaction system, since the heating rate affects the particle size of the precipitated silver particles, the particle size of the silver particles can be controlled by adjusting the heating rate in the heating step. Here, it is desirable to adjust the speed of the heating step within the range of 3.0 to 50 ° C./min up to the set decomposition temperature. The slower the temperature rise time, the easier the particle growth occurs and the larger the particle size is likely to be formed. However, if the temperature rise rate is slower than 3.0 ° C./min, the particle growth is easily promoted and the same as the adjacent particles. It is not preferable.

〔11.水添加することにおける広分布銀粒子生成のメカニズムについて〕
上記のような熱分解による銀粒子形成の反応機構の中に、本発明で規定する量の水を添加することにより、形成される銀ナノ粒子の粒径にバラつきが生じ、高分布な銀粒子が得られる。そのメカニズムについては、不明な部分もあるが、水が銀化合物、特にシュウ酸銀に近づき、銀アミン錯体形成または、加熱分解する際に、アミン化合物が銀原子へ吸着するのを阻害し、その阻害された部分が粒子成長すると考えられる。さらに、この水分子のシュウ酸銀への吸着量も偏りがある(局在化する)ことから、粒径に適度なバラつきが生じると考えられる。これに対し、銀化合物に対して20wt%よりも多い量の水を添加すると、アミンの銀原子の吸着を阻害しすぎて、銀粒子自体が肥大化し、隣の粒子とも焼結・合一を起こしてしまっていることが考えられる。
[11. Mechanism of formation of broad distribution silver particles by adding water]
In the reaction mechanism of the silver particle formation by the thermal decomposition as described above, by adding the amount of water defined in the present invention, the particle size of the formed silver nanoparticles varies, and a high distribution of silver particles Is obtained. The mechanism is unknown, but water approaches the silver compound, especially silver oxalate, and when silver amine complex formation or thermal decomposition occurs, it inhibits the amine compound from adsorbing to silver atoms, It is considered that the hindered portion grows as particles. Further, since the amount of water molecules adsorbed on silver oxalate is also uneven (localized), it is considered that an appropriate variation occurs in the particle size. On the other hand, if more than 20 wt% of water is added to the silver compound, the adsorption of the silver atoms of the amine is excessively inhibited, and the silver particles themselves are enlarged, and sintering and coalescence with the adjacent particles are also caused. It is possible that it has been awakened.

〔12.銀粒子の洗浄工程について〕
銀化合物の熱分解により、得られた粒子の粒子径により、色が異なるが、黒褐色からグレーまでの色に呈する懸濁液となる。この懸濁液から極性溶媒や過剰のアミン化合物等の除去操作、例えば、銀ナノ粒子の沈降、適切な溶媒(水または、有機溶媒)によるデカンテーション・洗浄操作を行うことによって、アミン化合物が結合した銀ナノ粒子が得られる。
[12. Silver particle washing process)
Due to the thermal decomposition of the silver compound, the color varies depending on the particle size of the obtained particles, but a suspension having a color from black-brown to gray is obtained. The removal of the polar solvent and excess amine compound from the suspension, for example, the precipitation of silver nanoparticles, the decantation and washing with an appropriate solvent (water or organic solvent), and the binding of the amine compound. Silver nanoparticles are obtained.

〔13.洗浄溶媒の説明〕
この銀粒子の洗浄は、溶媒としてメタノール、エタノール、プロパノール等の沸点が150℃以下のアルコールを適応するのが好ましい。そして、洗浄の詳細な方法としては、銀粒子合成後の溶液に溶媒を加え、懸濁するまで撹拌した後、デカンテーションで上澄み液を除去することが好ましい。アミンの除去量は、加える溶媒の体積と洗浄回数で制御可能である。上述の一連の作業を線回数1回とする場合、好ましくは、銀粒子合成後の溶液に対して1/20〜3倍の体積の溶媒を使用し、1〜5回洗浄する。
[13. Explanation of washing solvent)
In washing the silver particles, it is preferable to use an alcohol having a boiling point of 150 ° C. or less such as methanol, ethanol, or propanol as a solvent. As a detailed washing method, it is preferable to add a solvent to the solution after the synthesis of the silver particles, stir until the solution is suspended, and then remove the supernatant by decantation. The removal amount of the amine can be controlled by the volume of the solvent to be added and the number of washings. In the case where the above series of operations is performed once, the solvent is preferably washed 1/2 to 3 times with respect to the solution after the silver particle synthesis, and washed 1 to 5 times.

〔14.保護剤置換工程〕
さらに、上記の錯体形成過程でアミン化合物により銀ナノ粒子に導入された有機基を、他のアミン化合物により置換することもできる。例えば、より立体障害が大きく分散安定効果が高い官能基を有するアミン化合物で置換することもできる。その他、銀粒子の用途に合ったアミン化合物へ置換してよい。ここで置換に用いるアミン化合物は、前述した(b)成分、特に(b2)成分又は(b1)を用いてもよいし、それ以外のものを使用してもよい。
特に、炭素数4〜8のアルキルアミンまたは、酸素原子を含むアミン化合物(アルコキシアミン、アルキルエーテルアミン、アミノアルコール、アミノエトキシ)が好ましい。アルキルアミンと、酸素原子を含むアミン化合物は、1種類もしくは2種類以上併用しても可能であり、その組成によって、ペーストとしての粘性の調整も可能となる。
[14. (Protective agent replacement step)
Furthermore, the organic group introduced into the silver nanoparticles by the amine compound during the above complex formation process can be replaced by another amine compound. For example, it can be substituted with an amine compound having a functional group having a greater steric hindrance and a high dispersion stabilizing effect. In addition, it may be replaced with an amine compound suitable for the use of the silver particles. Here, as the amine compound used for substitution, the above-mentioned component (b), particularly the component (b2) or (b1) may be used, or other compounds may be used.
Particularly, an alkylamine having 4 to 8 carbon atoms or an amine compound containing an oxygen atom (alkoxyamine, alkyletheramine, amino alcohol, aminoethoxy) is preferable. The alkylamine and the amine compound containing an oxygen atom can be used alone or in combination of two or more, and the viscosity of the paste can be adjusted depending on the composition.

置換の方法は、洗浄後の銀粒子を、最終的に置換したいアミン化合物の中で一定時間撹拌・懸濁することで、銀粒子の表面保護剤が置換される。その際、含まれている純銀分に対して、最終的に置換したいアミン化合物を50〜100wt%添加して、通常約1h常温下で撹拌・懸濁させる。表面保護剤置換工程の前後の違いについては、DTA測定での焼結性の違いや、ヘッドスペースGC/MSなどで、表面保護剤の確認は可能である。上述した表面保護剤の置換工程後、再度洗浄工程を経て、目的の銀粒子を得る。   In the replacement method, the silver particles after washing are stirred and suspended in an amine compound to be finally replaced for a certain period of time to replace the surface protective agent of the silver particles. At this time, 50 to 100% by weight of the amine compound to be finally substituted is added to the contained pure silver, and the mixture is usually stirred and suspended at room temperature for about 1 hour. Regarding the difference between before and after the surface protective agent replacement step, it is possible to confirm the surface protective agent by a difference in sinterability in DTA measurement, head space GC / MS, or the like. After the above-mentioned step of replacing the surface protective agent, the target silver particles are obtained through a washing step again.

〔15.生成された銀粒子の状態(保護剤、粒度分布、粘度のヒステリシス)〕 このようにして、アミン化合物が結合した銀ナノ粒子が形成される。銀ナノ粒子とは、以上の方法で製造されうる、銀成分を主体として通常1nm〜1000nm程度の粒径を有する微細な粒子をいう。
銀ナノ粒子表面に結合しているアミン化合物は、粒子同士の融着・凝集を防ぐ保護剤として機能する。本発明の銀ナノ粒子のSTEM画像を確認しても、粒子表面に1nm弱〜数nmの層が確認されており、これが粒子表面に結合されたアミン化合物であると考えられる。ここで「粒子表面に結合」しているとは、銀粒子表面に存在する銀原子と配位結合している状態を指す。配位結合していることにより、余剰のアミン化合物を除去する洗浄工程を実施した後でも残存する。遊離しているアミン化合物と粒子表面に結合しているアミン化合物の違いについては、TG/DTA等の熱分析等でも確認することはできる。結合しているアミン化合物については、遊離しているアミン化合物と比較して、熱分解温度が高くなる傾向にある。保護剤として結合しているアミン化合物が熱分解すると、それと同時に銀粒子の焼結が始まり、DTAチャートでは発熱ピークが現れる。その温度付近で分解しているアミン化合物が、いわゆる「粒子表面に結合」しているアミン化合物である。
銀ナノ粒子は前述した錯体形成工程と置換工程で用いたアミン化合物を含む他、さらに用いた場合は前記脂肪族カルボン酸を含んでいる。銀粒子中でのこれら各成分の含有割合は、基本的に粒子作製工程での使用割合に、洗浄工程、保護剤置換行程での増減を加味して決定される。したがって、これらの工程の配合割合と条件とによって、アミン化合物の種類や総量を調整することが可能である。
[15. State of Generated Silver Particles (Protective Agent, Particle Size Distribution, Viscosity Hysteresis)] In this way, silver nanoparticles bound with the amine compound are formed. The silver nanoparticles are fine particles which can be produced by the above method and mainly have a silver component and usually have a particle size of about 1 nm to 1000 nm.
The amine compound bonded to the surface of the silver nanoparticles functions as a protective agent for preventing fusion and aggregation of the particles. When the STEM image of the silver nanoparticles of the present invention is confirmed, a layer having a thickness of slightly less than 1 nm to several nm is confirmed on the surface of the particles, which is considered to be an amine compound bonded to the surface of the particles. Here, “bonded to the particle surface” refers to a state in which it is coordinated with a silver atom present on the surface of the silver particle. Due to the coordination bond, it remains even after a washing step for removing an excess amine compound is performed. The difference between the free amine compound and the amine compound bonded to the particle surface can also be confirmed by thermal analysis such as TG / DTA. The bound amine compound tends to have a higher thermal decomposition temperature than the free amine compound. When the amine compound bound as a protective agent is thermally decomposed, sintering of silver particles starts at the same time, and an exothermic peak appears on the DTA chart. The amine compound decomposed near the temperature is a so-called “bonded to the particle surface” amine compound.
The silver nanoparticles contain the amine compound used in the complex formation step and the substitution step described above, and further contain the aliphatic carboxylic acid when used. The content ratio of each of these components in the silver particles is basically determined in consideration of the use ratio in the particle production step and the increase and decrease in the washing step and the protective agent replacement step. Therefore, it is possible to adjust the type and the total amount of the amine compound by the mixing ratio and conditions of these steps.

最終的に銀粒子に結合しているアミン化合物の分子の長さは、2〜8Åが好ましく、さらに5〜8Åがより好ましい。そして、7〜8Åが最も好ましい。これらの条件を満たすアミン化合物の具体例は、(b2)成分として前述したとおりである。また、アミン化合物の総量は純銀分100重量部に対して、0.3〜2.0重量部であることが好ましい。さらに0.5〜1.0重量部であればより好ましい。   The length of the molecule of the amine compound finally bonded to the silver particles is preferably from 2 to 8 °, more preferably from 5 to 8 °. And 7-8 degrees is most preferable. Specific examples of the amine compound satisfying these conditions are as described above as the component (b2). The total amount of the amine compound is preferably 0.3 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the pure silver component. More preferably, it is 0.5 to 1.0 part by weight.

本発明の銀ナノ粒子は、通常、粒子径が1000nm以下である。
また、平均粒子径が70〜350nm、好ましくは70〜300nm、さらに好ましくは80〜200nmである。
粒子径のばらつき(分布)を示す変動係数は40〜80%、好ましくは40〜70%、さらに好ましくは50〜60%で構成されている。
The silver nanoparticles of the present invention usually have a particle size of 1000 nm or less.
Further, the average particle size is 70 to 350 nm, preferably 70 to 300 nm, and more preferably 80 to 200 nm.
The variation coefficient indicating the variation (distribution) of the particle diameter is 40 to 80%, preferably 40 to 70%, and more preferably 50 to 60%.

平均粒子径及び変動係数は、以下のようにして求める。得られた銀ナノ粒子をFE−SEMにて粒子形状の観察を行う。その後画像解析ソフトSCANDIUM(OLYMPUS製)を用いて、400個以上の粒子径(長径)を測長し、平均粒子径、標準偏差の値を求める。これらの値を用いて、変動係数は以下の計算式に基づき計算する。
変動係数(%)={標準偏差(nm)/平均粒子径(nm)}×100
なお粒子径測定の機材は、上記の方法と同等の結果を得られるものであれば制限されない。
The average particle size and the variation coefficient are determined as follows. Observe the particle shape of the obtained silver nanoparticles by FE-SEM. Thereafter, using image analysis software SCANDIUM (manufactured by OLYMPUS), the length of 400 or more particle diameters (major diameters) is measured, and the values of the average particle diameter and the standard deviation are determined. Using these values, the coefficient of variation is calculated based on the following formula.
Coefficient of variation (%) = {standard deviation (nm) / average particle diameter (nm)} × 100
The equipment for measuring the particle diameter is not limited as long as the same result as the above method can be obtained.

以上の平均粒子径と変動係数とを有することにより、銀塗料を塗布して得られる塗膜の膜厚を厚くすることができる。具体的には、10〜30μmもの厚膜も得ることができる。さらに、厚いだけでなく、得られる膜の体積抵抗率も低くすることができる。具体的には、20μm以上の厚膜で、6〜7μΩ・cm程度の小さな体積抵抗率のものを得ることもできる。これは、粒度分布が広く、小さい粒子が大きい粒子の間に細密充填に近く充填されることにより、銀粒子が高充填されて銀粒子の含有量の高い膜が得られているためであると推測される。
平均粒子径が70nm未満だと、銀粒子の表面を保護するアミン化合物量が増え、得られる塗膜の体積抵抗率を低くすることができない。他方、平均粒子径が350nmを超えると、銀ナノ粒子の融点降下の現象が弱くなり、低温で焼結しづらくなるため、この場合も塗膜の体積抵抗率を低くすることができない。
また、変動係数が30%未満だと、粒子が揃ってしまい、粒子間の空隙を埋めることができず、塗膜の体積抵抗率を低くすることができなくなる。他方、変動係数が80%を超えると、粒子のばらつきがあっても、粒子サイズが異なりすぎるため、この場合も粒子間の空隙を埋めることが難しくなり、この場合も塗膜の体積抵抗率を低くすることができない。
By having the above average particle diameter and variation coefficient, the thickness of the coating film obtained by applying the silver paint can be increased. Specifically, a film as thick as 10 to 30 μm can be obtained. Further, not only the thickness is increased, but also the volume resistivity of the obtained film can be reduced. Specifically, a thick film having a thickness of 20 μm or more and a small volume resistivity of about 6 to 7 μΩ · cm can be obtained. This is because the particle size distribution is wide, and small particles are closely packed between large particles so that the silver particles are highly filled, and a film with a high content of silver particles is obtained. Guessed.
If the average particle size is less than 70 nm, the amount of the amine compound that protects the surface of the silver particles increases, and the volume resistivity of the obtained coating film cannot be reduced. On the other hand, if the average particle size exceeds 350 nm, the phenomenon of a decrease in the melting point of the silver nanoparticles becomes weak, and sintering at low temperatures becomes difficult, so that also in this case, the volume resistivity of the coating film cannot be reduced.
On the other hand, if the coefficient of variation is less than 30%, the particles are aligned, and the voids between the particles cannot be filled, and the volume resistivity of the coating film cannot be reduced. On the other hand, if the coefficient of variation exceeds 80%, even if there is variation in the particles, the particle sizes are too different, and in this case, it is difficult to fill the voids between the particles. I can't lower it.

以上の平均粒子径とばらつきとを有する本発明の銀粒子を用いれば、銀塗料組成物として好適な粘度に調整することができる。
スクリーン印刷用インクの粘度においては、0.1〜500Pa・sの範囲(せん断速度5s−1 時)が好ましい。高すぎると、流動性がなく印刷不良を起こしやすい、また低すぎると印刷したインクがダレて、線幅が広がってしまうためである。そこで、粘度を高くするには、通常、有機バインダーを添加することが多いが、有機バインダーは得られる塗膜の抵抗値を上げてしまう。これに対し、本発明の銀粒子は、銀分約70wt%のペーストにおいて、有機バインダーとしてエトセル45(日新化成製)を純銀分に対し、1wt%添加した状態でも比較的高粘度とすることができ、例えば粒度を平均粒子径約80nm、変動係数約35%に調整することにより、30〜40Pa・s程度の粘度に調整できる。したがって有機バインダーの添加量が純銀分に対し、1wt%以下でも上記のスクリーン印刷に適した粘度にすることができる。このように、粒度の調整で粘度をコントロールできるので、有機バインダーの添加量の自由度が上がり、少なくすることもできるため、非常に優れている。
By using the silver particles of the present invention having the above average particle diameter and variation, the viscosity can be adjusted to a suitable value as a silver coating composition.
The viscosity of the screen printing ink is preferably in the range of 0.1 to 500 Pa · s (shear speed 5 s- 1 ). If it is too high, there is no fluidity and printing failure is likely to occur, and if it is too low, the printed ink will sag and the line width will be widened. Therefore, in order to increase the viscosity, an organic binder is usually added in many cases, but the organic binder increases the resistance value of the obtained coating film. On the other hand, the silver particles of the present invention have a relatively high viscosity even when 1 wt% of pure silver is added to Ethocel 45 (manufactured by Nissin Kasei) as an organic binder in a paste having a silver content of about 70 wt%. For example, by adjusting the particle size to an average particle diameter of about 80 nm and a coefficient of variation of about 35%, the viscosity can be adjusted to about 30 to 40 Pa · s. Therefore, even if the amount of the organic binder added is 1% by weight or less based on the pure silver content, the viscosity suitable for the above screen printing can be obtained. As described above, since the viscosity can be controlled by adjusting the particle size, the degree of freedom of the addition amount of the organic binder can be increased and the amount can be reduced.

さらに本発明は、100nm以下の小粒子と200nm以上の大粒子が適切な範囲で混在しているため、塗布した時の平滑性があり、光沢感が出やすい。
本発明の銀ナノ粒子は、特に、粒子径が100〜200nm以外の粒子((i)100nm以下及び(ii)200nm以上の粒子の合計)が個数基準で、70%以上とするのが好ましい。
ここでの粒子径は、先述の方法でSEM画像を画像解析ソフトにより測長して求められた個々の粒子の粒子径である。
より好ましくは、粒子径が(i)100nm以下及び(ii)200〜500nm以下の粒子の合計が個数基準で70%以上である。さらに好ましくは、100nm以下の粒子が、個数基準で60%以上である。
Further, in the present invention, small particles having a size of 100 nm or less and large particles having a size of 200 nm or more are mixed in an appropriate range.
The silver nanoparticles of the present invention preferably have a particle size of 70% or more based on the number of particles having a particle size other than 100 to 200 nm (the total of (i) particles of 100 nm or less and (ii) 200 nm or more).
The particle diameter here is the particle diameter of each particle obtained by measuring the length of an SEM image by image analysis software in the method described above.
More preferably, the total of particles having a particle diameter of (i) 100 nm or less and (ii) 200 to 500 nm is 70% or more based on the number. More preferably, particles having a size of 100 nm or less account for 60% or more on a number basis.

これらの100nm以下の小さな粒子と200nm以上の大きな粒子の双方が含まれていることにより、小さな粒子が大きな粒子の間に入り込んで充填する効果が特に高く、高い銀粒子の含有率の低体積抵抗率で厚膜の塗膜を得る効果に優れている。特に、100nm以下の粒子の割合を60%の高含有率で含むことにより、接着性を高める効果も出る。
以上説明した本発明の銀ナノ粒子は、低温焼結性や導電性が確保され、焼結塗膜(基板上に塗布して焼結して得られた塗膜)は20〜30μm程度の厚みを持たせることは容易である。これは、大粒子径領域と小粒子径領域とが共存していることで、塗膜化した際に銀粒子が密に充填されて、空隙が少なくなっているためと推測される。
さらに、本発明の銀ナノ粒子は、テキサノール中に78.5重量%含有させた際に、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下である。好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1.2以下である。
By including both of these small particles of 100 nm or less and large particles of 200 nm or more, the effect of filling small particles by entering between large particles is particularly high, and the content of high silver particles has a low volume resistivity. Excellent in obtaining a thick coating film at a high rate. In particular, by including the proportion of particles having a size of 100 nm or less at a high content of 60%, an effect of increasing the adhesiveness is also obtained.
The silver nanoparticles of the present invention described above have low-temperature sinterability and electrical conductivity, and the sintered coating (coating obtained by coating on a substrate and sintering) has a thickness of about 20 to 30 μm. It is easy to have This is presumed to be due to the coexistence of the large particle size region and the small particle size region, whereby the silver particles were densely filled when the film was formed, and the voids were reduced.
Further, when the silver nanoparticles of the present invention are contained in Texanol at 78.5% by weight, the viscosity (v1) at the time of increasing the shear rate and the viscosity at the time of decreasing the shear rate in the range of the shear rate of 2 to 30 s −1. The viscosity ratio (v1 / v2) of (v2) is 2.0 or less. Preferably it is 1.5 or less, more preferably 1.2 or less.

これは、せん断速度上昇時と下降時の粘度の差が小さい、すなわちせん断速度を変化させた際の粘度のヒステリシスが小さいことを意味する。例えば、本発明の銀ナノ粒子を用いた実施例8及び実施例9の粘度変化を示す図29と、比較例1の粘度変化を示す図30とを比較すると、図29ではせん断速度上昇時と下降時の粘度の差が小さく、せん断速度2〜30s−1のいずれの範囲でも(v1/v2)が2.0以下であるのに対し、図30では2.0を超える部分がある(せん断速度1、2、3、4s-1における、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降の粘度(v2)並びにこれらの粘度比(v1/v2)については表−9のとおりである)。
(v1/v2)が大きいことは粘度ヒステリシスが生じることを意味し、粒子間の相互作用が大きく擬架橋状態を形成することを意味する。このことから凝集が生じやすいと考えられ、塗膜表面の写真である図28において凝集塊が観察されることにより裏付けられている。
これに対し、本発明の銀ナノ粒子は、(v1/v2)が小さく、凝集が生じにくい。このため、塗膜化した際の塗膜表面の平滑性も優れている。
また、凝集物が少ないため、特にスクリーン印刷においても印刷の精度・連続印刷性に優れ、スクリーンメッシュの目詰まりも起こしにくい。
This means that the difference in viscosity between when the shear rate increases and when the shear rate decreases is small, that is, the hysteresis of the viscosity when the shear rate is changed is small. For example, comparing FIG. 29 showing the change in viscosity in Examples 8 and 9 using the silver nanoparticles of the present invention with FIG. 30 showing the change in viscosity in Comparative Example 1, FIG. While the difference in viscosity at the time of descent is small and (v1 / v2) is 2.0 or less in any range of the shear rate of 2 to 30 s −1 , there is a portion exceeding 2.0 in FIG. (The viscosity (v1) when the shear rate is increased, the viscosity (v2) when the shear rate is decreased, and their viscosity ratio (v1 / v2) at the speeds 1 , 2, 3, and 4 s -1 are as shown in Table-9.) .
When (v1 / v2) is large, it means that viscosity hysteresis occurs, and that the interaction between particles is large and a pseudo-crosslinked state is formed. From this, it is considered that aggregation is likely to occur, which is supported by the observation of aggregates in FIG. 28 which is a photograph of the coating film surface.
In contrast, the silver nanoparticles of the present invention have a small (v1 / v2) and are less likely to aggregate. For this reason, the smoothness of the coating film surface when formed into a coating film is also excellent.
In addition, since there are few agglomerates, especially in screen printing, the printing accuracy and continuous printability are excellent, and clogging of the screen mesh hardly occurs.

本発明の製造方法は、前述したように、使用するアミン種、有機溶媒種、水の添加量等で、粒子径コントロールが可能である。したがって、200〜500nmの大粒子径領域の銀粒子と50〜200nmの小粒子径領域の銀粒子を1バッチで合成することもできるなど、工業生産にも適している。
こうして得られる本発明の銀ナノ粒子は、200nm以上の大粒子径領域の銀粒子をも多く存在させることができるため、銀ナノ粒子の余剰保護剤の洗浄・保護剤置換処理・ペースト化などの工程途中においても凝集(焼結)しにくく、本来の銀粒子の特性を損ねることなく、銀ナノ粒子分散体・銀塗料組成物を製造しやすい。このことはスケールアップを考慮した際も有効である。
In the production method of the present invention, as described above, the particle size can be controlled by the type of amine used, the type of organic solvent, and the amount of water added. Therefore, it is suitable for industrial production such that silver particles having a large particle size range of 200 to 500 nm and silver particles having a small particle size range of 50 to 200 nm can be synthesized in one batch.
The silver nanoparticles of the present invention thus obtained can contain a large number of silver particles in a large particle diameter region of 200 nm or more. Agglomeration (sintering) is difficult even during the process, and the silver nanoparticle dispersion / silver coating composition can be easily produced without impairing the original characteristics of silver particles. This is also effective when considering scale-up.

<用途>
〔16.銀ナノ粒子分散体及び銀塗料組成物及びこれらの製造方法〕
上記に記載の方法で得られた銀ナノ粒子を用いて、銀ナノ粒子分散体を作製することができる。ここで、銀ナノ粒子分散体とは、少なくとも銀ナノ粒子及び分散媒を含有する組成物をいう。このような銀ナノ粒子分散体、制限されることなく、種々の形態をとり得る。銀ナノ粒子を適切な有機溶媒(分散媒体)中に懸濁状態で分散させることにより、本発明の銀ナノ粒子分散体を得ることができる。
本発明の銀ナノ粒子は、前述したように、分散性に優れているので、高濃度で分散媒中に安定に存在させることができる。例えば、組成物中の銀ナノ粒子の含有量として、70〜95wt%、さらに好ましくは、75〜80wt%の高濃度で含有させることができ、いわゆるペースト状態とすることができる。
さらに、銀ナノ粒子及び分散媒のほか、いわゆるバインダー成分を含有させた銀塗料組成物とすることができる。70〜95wt%、さらに好ましくは、75〜80wt%の高濃度で銀ナノ粒子を含有させた銀塗料組成物とすることにより、印刷性が良好で、厚膜な導電膜が作製しやすい銀塗料組成物を得ることができる。
すなわち、前述した本発明の銀ナノ粒子を70〜95wt%含有し、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が1.2以下であることを特徴とする、銀ナノ粒子分散体や銀塗料組成物を得ることができる。
<Application>
[16. Silver nanoparticle dispersion, silver coating composition and production method thereof]
Using the silver nanoparticles obtained by the method described above, a silver nanoparticle dispersion can be prepared. Here, the silver nanoparticle dispersion refers to a composition containing at least silver nanoparticles and a dispersion medium. Such silver nanoparticle dispersions can take various forms without limitation. The silver nanoparticle dispersion of the present invention can be obtained by dispersing the silver nanoparticles in a suspension state in an appropriate organic solvent (dispersion medium).
Since the silver nanoparticles of the present invention have excellent dispersibility as described above, they can be stably present in a dispersion medium at a high concentration. For example, the silver nanoparticles in the composition can be contained at a high concentration of 70 to 95 wt%, more preferably 75 to 80 wt%, and can be in a so-called paste state.
Furthermore, it can be set as the silver coating composition containing what is called a binder component other than a silver nanoparticle and a dispersion medium. A silver coating composition containing silver nanoparticles at a high concentration of 70 to 95 wt%, more preferably 75 to 80 wt%, has good printability and is easy to produce a thick conductive film. A composition can be obtained.
That is, the viscosity ratio of the viscosity (v1) when the shear rate is increased and the viscosity (v2) when the shear rate is decreased in the range of the shear rate of 2 to 30 s-1 containing 70 to 95 wt% of the silver nanoparticles of the present invention described above. A silver nanoparticle dispersion or a silver coating composition, wherein (v1 / v2) is 1.2 or less, can be obtained.

(16−1.分散体又は塗料組成物の分散媒)
銀ナノ粒子分散体又は銀塗料組成物を得るための分散媒としては、各種の有機溶媒、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン等の脂肪族炭化水素溶媒;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶媒;トルエン、キシレン、メシチレン等のような芳香族炭化水素溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−ノナノール、n−デカノール、n−ドデカノール等のようなアルコール溶媒等が挙げられる。
(16-1. Dispersion or dispersion medium of coating composition)
Various organic solvents such as pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, etc. may be used as a dispersion medium for obtaining the silver nanoparticle dispersion or the silver paint composition. Hydrogen solvents; alicyclic hydrocarbon solvents such as cyclohexane and methylcyclohexane; aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene and mesitylene; methanol, ethanol, propanol, n-butanol, n-pentanol and n-hexanol; Alcohol solvents such as n-heptanol, n-octanol, n-nonanol, n-decanol, n-dodecanol and the like can be mentioned.

有機溶媒としてはこれらの中でも特に、炭素数8〜16で構造内に酸素原子を有する沸点280℃以下の有機溶媒が好ましい。銀粒子の焼結温度の目標を150℃以下とする場合、沸点280℃を超える溶媒は揮発・除去が困難だからである。この溶媒の好ましい具体例としては、ターピネオール(C10、沸点219℃)、ジヒドロターピネオール(C10、沸点220℃)、テキサノール(C12、沸点260℃)、エチルカルビトールアセテート(C8、沸点219℃)、ブチルカルビトールアセテート(C10、沸点247℃)、2,4−ジメチルー1,5−ペンタンジオール(C9、沸点150℃)、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジイソブチレート(C16、沸点280℃)が挙げられる。溶媒は複数種を混合して使用しても良く、単品で使用しても良い。
所望の銀塗料組成物又は銀ナノ粒子分散体の濃度や粘性に応じて、有機溶媒の種類や量を適宜定めると良い。
As the organic solvent, among these, an organic solvent having a carbon number of 8 to 16 and having an oxygen atom in the structure and having a boiling point of 280 ° C. or lower is particularly preferable. When the target of the sintering temperature of silver particles is 150 ° C. or less, it is difficult to volatilize and remove a solvent having a boiling point of more than 280 ° C. Preferred examples of this solvent include terpineol (C10, boiling point 220 ° C), dihydroterpineol (C10, boiling point 220 ° C), texanol (C12, boiling point 260 ° C), ethyl carbitol acetate (C8, boiling point 219 ° C), butyl Carbitol acetate (C10, boiling point 247 ° C), 2,4-dimethyl-1,5-pentanediol (C9, boiling point 150 ° C), 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate (C16, (Boiling point 280 ° C.). The solvent may be used as a mixture of a plurality of types, or may be used alone.
The type and amount of the organic solvent may be appropriately determined depending on the concentration and viscosity of the desired silver coating composition or silver nanoparticle dispersion.

(16−2.塗料組成物のバインダーの説明)
銀塗料組成物においてバインダーを添加することにより、銀粒子の分散性の補助、又は基材との密着性を付与することができる。有機バインダーの添加量としては、含有している銀に対して、0.1〜10wt%が好ましい。
上記バインダー樹脂の塗料組成物中における存在形態は、溶媒に対して溶解していてもよいし、エマルジョン、またはサスペンションであってもよい。上記バインダーとしては特に限定されないが、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ロジン、ロジンエステル、塩素化ポリオレフィン樹脂、変性塩素化ポリオレフィン樹脂、塩素化ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリビニルプチラール、ポリビニルピロリドンなどを挙げることができる。
使用するバインダーは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。
(16-2. Description of binder of coating composition)
By adding a binder to the silver coating composition, dispersibility of silver particles can be assisted, or adhesion to a substrate can be imparted. The amount of the organic binder to be added is preferably 0.1 to 10% by weight based on the contained silver.
The form in which the binder resin is present in the coating composition may be dissolved in a solvent, or may be an emulsion or a suspension. The binder is not particularly limited, for example, polyester resin, polyurethane resin, polyamide resin, polyvinyl chloride resin, polyacrylamide resin, polyether resin, acrylic resin, melamine resin, vinyl resin, phenol resin, epoxy resin, urea resin , Vinyl acetate resin, polybutadiene resin, vinyl chloride vinyl acetate copolymer resin, fluororesin, silicone resin, rosin, rosin ester, chlorinated polyolefin resin, modified chlorinated polyolefin resin, chlorinated polyurethane resin, cellulose resin, polyethylene glycol , Polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone and the like.
The binder used may be used alone or in combination of two or more.

〔17.銀塗料組成物による印刷方法・使い方〕
銀塗料組成物を基板上に塗布し、その後、焼成するのが一般的である。
塗布は、スピンコート、インクジェット印刷、スクリーン印刷、ディスペンサ印刷、凸版印刷(フレキソ印刷)、昇華型印刷、オフセット印刷、レーザープリンタ印刷(トナー印刷)、凹版印刷(グラビア印刷)、コンタクト印刷、マイクロコンタクト印刷などの公知の方法により行うことができる。印刷技術を用いると、パターン化された銀塗料組成物層が得られ、焼成により、パターン化された銀導電層が得られる。また、この銀導電層は導電性・熱伝導性に優れた接合材料としての応用が可能であり、パワーデバイス等の大電流を取扱う電気機器の接合材としても有用である。
[17. Printing method and usage with silver paint composition]
Generally, a silver coating composition is applied on a substrate and then fired.
Application is spin coating, inkjet printing, screen printing, dispenser printing, letterpress printing (flexo printing), sublimation printing, offset printing, laser printer printing (toner printing), intaglio printing (gravure printing), contact printing, microcontact printing It can be performed by a known method such as When a printing technique is used, a patterned silver coating composition layer is obtained, and a patterned silver conductive layer is obtained by firing. Further, this silver conductive layer can be applied as a bonding material having excellent conductivity and heat conductivity, and is also useful as a bonding material for electric devices handling large currents such as power devices.

焼成は、200℃以下、例えば室温(25℃)以上150℃以下、好ましくは室温(25℃)以上120℃以下の温度で行うことができる。しかしながら、短い時間での焼成によって、銀の焼結を完了させるためには、60℃以上200℃以下、例えば80℃以上150℃以下、好ましくは90℃以上120℃以下の温度で行うとよい。焼成時間は、銀インクの塗布量、焼成温度などを考慮して、適宜定めるとよく、たとえば数時間(例えば3時間、あるいは2時間)以内、好ましくは1時間以内、より好ましくは30分間以内にするとよい。
本発明で得られる銀ナノ粒子は、前述のように大粒径で粒度分布が広いので、このような低温短時間での焼成工程によっても、銀粒子の焼結が十分に進行する。その結果、優れた導電性(低い抵抗値)が発現し、低い抵抗値(例えば15μΩcm以下、範囲としては7〜15μΩcm)を有する銀導電層を形成できる。バルク銀の抵抗値は1.6μΩcmである。
The firing can be performed at a temperature of 200 ° C. or less, for example, room temperature (25 ° C.) to 150 ° C., preferably room temperature (25 ° C.) to 120 ° C. However, in order to complete the sintering of silver by firing in a short time, the sintering may be performed at a temperature of 60 ° C to 200 ° C, for example, 80 ° C to 150 ° C, preferably 90 ° C to 120 ° C. The baking time may be appropriately determined in consideration of the application amount of the silver ink, the baking temperature, and the like, and is, for example, within several hours (for example, 3 hours or 2 hours), preferably within 1 hour, and more preferably within 30 minutes. Good to do.
Since the silver nanoparticles obtained by the present invention have a large particle size and a wide particle size distribution as described above, the sintering of the silver particles sufficiently proceeds even by such a low-temperature and short-time firing step. As a result, excellent conductivity (low resistance value) is exhibited, and a silver conductive layer having a low resistance value (for example, 15 μΩcm or less, a range of 7 to 15 μΩcm) can be formed. The resistance value of bulk silver is 1.6 μΩcm.

〔18.銀ナノ粒子分散体及び銀塗料組成物の用途〕
低温での焼成が可能であるので、基板として、ガラス製基板、ポリイミド系フィルムのような耐熱性プラスチック基板の他に、ポリエチレンテレフタラート(PET)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムなどのポリエステル系フィルム、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系フィルムのような耐熱性の低い汎用プラスチック基板をも好適に用いることができる。また、短時間の焼成は、これら耐熱性の低い汎用プラスチック基板に対する負荷を軽減するし、生産効率を向上させる。
[18. Use of silver nanoparticle dispersion and silver coating composition]
Since it can be fired at low temperatures, it can be used as a glass substrate, a heat-resistant plastic substrate such as a polyimide film, or a polyester film such as a polyethylene terephthalate (PET) film or a polyethylene naphthalate (PEN) film. A general-purpose plastic substrate having low heat resistance, such as a film or a polyolefin-based film such as polypropylene, can also be suitably used. Short-time baking reduces the load on these general-purpose plastic substrates having low heat resistance and improves production efficiency.

銀導電層の厚みは、目的とする用途に応じて適宜定めるとよく、特に本発明に係る銀ナノ粒子を使用することで比較的膜厚の大きい銀導電層を形成した場合でも高い導電性を示すことができる。銀導電層の厚みは、例えば、100nm〜30μm、好ましくは1μm〜20μm、より好ましくは10μm〜20μmの範囲から選択するとよい。   The thickness of the silver conductive layer may be appropriately determined depending on the intended use, and particularly when a silver conductive layer having a relatively large thickness is formed by using the silver nanoparticles according to the present invention, high conductivity is obtained. Can be shown. The thickness of the silver conductive layer may be selected, for example, from the range of 100 nm to 30 μm, preferably 1 μm to 20 μm, more preferably 10 μm to 20 μm.

本発明の銀ナノ粒子分散体及び銀塗料組成物は、電磁波制御材、回路基板、アンテナ、放熱板、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、ICカード、ICタグ、太陽電池、LED素子、有機トランジスタ、コンデンサー(キャパシタ)、電子ペーパー、フレキシブル電池、フレキシブルセンサ、メンブレンスイッチ、タッチパネル、EMIシールド等に適応することができる。   The silver nanoparticle dispersion and the silver paint composition of the present invention include an electromagnetic wave control material, a circuit board, an antenna, a heat sink, a liquid crystal display, an organic EL display, a field emission display (FED), an IC card, an IC tag, a solar cell, Applicable to LED elements, organic transistors, capacitors (capacitors), electronic paper, flexible batteries, flexible sensors, membrane switches, touch panels, EMI shields, etc.

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例及び比較例で用いたアミン化合物の名称、構造式等の特徴を、表−1〜2に示す。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.
The characteristics of the amine compounds used in Examples and Comparative Examples, such as names and structural formulas, are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2018190397
Figure 2018190397

Figure 2018190397
Figure 2018190397

[実施例1]
(銀粒子の製造)
2Lフラスコに原料となる銀化合物としてシュウ酸銀の乾燥品420.00g(1.38mol)と、極性溶媒としてn−ヘキサノール339.87g(3.33mol)とを撹拌し、シュウ酸銀を湿潤状態にさせた。その後、n−ブチルアミン128.22g(1.75mol)、n−ヘキシルアミン55.83g(0.55mol)を添加し、粒子径制御のための添加剤として、オレイン酸(日油製:NAA−35)4.71g(0.017mol)、イオン交換水21.00g(シュウ酸銀に対して15.0wt%)を添加した。その後、1時間撹拌し、銀―アミン錯体を製造した。その後、昇温速度3℃/minで加熱し100℃でシュウ酸銀の分解反応が起こったと思われる二酸化炭素の発生を確認した。二酸化炭素の発生が止まるまで加熱を継続し、銀粒子が懸濁された液体を得た。銀粒子の析出後、反応液にメタノール900ccを添加して洗浄し、これを遠心分離した。この洗浄と遠心分離は3回行った。このようにして、銀ナノ粒子を得た。
[Example 1]
(Production of silver particles)
In a 2 L flask, 420.00 g (1.38 mol) of a dried product of silver oxalate as a silver compound serving as a raw material and 339.87 g (3.33 mol) of n-hexanol as a polar solvent were stirred to wet silver oxalate. I let it. Thereafter, 128.22 g (1.75 mol) of n-butylamine and 55.83 g (0.55 mol) of n-hexylamine were added, and as an additive for controlling the particle diameter, oleic acid (manufactured by NOF: NAA-35). 4.71 g (0.017 mol) and 21.00 g of ion-exchanged water (15.0 wt% based on silver oxalate) were added. Thereafter, the mixture was stirred for 1 hour to produce a silver-amine complex. Thereafter, the mixture was heated at a heating rate of 3 ° C./min, and at 100 ° C., generation of carbon dioxide, which was considered to have caused a decomposition reaction of silver oxalate, was confirmed. Heating was continued until the generation of carbon dioxide ceased to obtain a liquid in which silver particles were suspended. After the silver particles were precipitated, 900 cc of methanol was added to the reaction solution for washing, followed by centrifugation. This washing and centrifugation were performed three times. Thus, silver nanoparticles were obtained.

(保護剤置換処理)
得られた銀ナノ粒子中のn−ブチルアミンをn−ヘキシルアミンに置換するため、得られた銀ナノ粒子の純銀分に対して71.8wt%のn−ヘキシルアミンと銀ナノ粒子を常温で1時間撹拌し、上記と同様に洗浄と遠心分離を3回繰り返し、ヘキシルアミンを保護剤とした銀ナノ粒子を得た。
(Protective agent replacement treatment)
In order to replace n-butylamine in the obtained silver nanoparticles with n-hexylamine, 71.8 wt% of n-hexylamine and silver nanoparticles were added at room temperature to 71.8 wt% based on the pure silver content of the obtained silver nanoparticles. After stirring for an hour, washing and centrifugation were repeated three times in the same manner as above to obtain silver nanoparticles using hexylamine as a protective agent.

(粒子径の確認)
得られたメタノールで湿った状態の銀ナノ粒子をn−ヘキサノール中へボルテックスミキサーを用いて懸濁させ、その液をコロジオン膜等の支持体へ滴下し、溶媒を乾燥させて試料を得た。FE−SEM観察にて、倍率20000〜70000倍で観察・撮影し、画像の中で400個以上粒子が存在している倍率の画像を選定する。その後画像解析ソフトSCANDIUM(OLYMPUS製)を用いて、粒子数400個以上をカウントした。粒子径の測長する場合、粒子の長径を測長し、そのデータより、平均粒径、粒度分布等を算出した。
粒子の100nm以下、200〜500nm、500nm超の粒子割合(%)、平均粒径(nm)、変動係数(%)を表−3に示す。FE−SEM写真を図1に示す。粒度分布ヒストグラムを図15に示す。
(Confirmation of particle size)
The obtained silver nanoparticles moistened with methanol were suspended in n-hexanol using a vortex mixer, the liquid was dropped on a support such as a collodion film, and the solvent was dried to obtain a sample. In FE-SEM observation, observation and photographing are performed at a magnification of 20000 to 70000 times, and an image having a magnification of 400 or more particles is selected from the images. Thereafter, 400 or more particles were counted using image analysis software SCANDIUM (manufactured by OLYMPUS). When measuring the particle diameter, the long diameter of the particles was measured, and the average particle diameter, particle size distribution, and the like were calculated from the data.
Table 3 shows the particle ratio (%), average particle diameter (nm), and coefficient of variation (%) of particles having a particle size of 100 nm or less, 200 to 500 nm, and more than 500 nm. An FE-SEM photograph is shown in FIG. FIG. 15 shows the particle size distribution histogram.

(銀ナノ粒子ペースト、インクの調製と焼成)
次に、回収した銀ナノ粒子に、溶媒としてテキサノールを銀分75wt%になるよう添加し、混合した。さらに銀粒子に対して添加量が1wt%になるように、有機バインダーとしてエトセル45(日新化成製)を添加し、最終的に銀分約70wt%の銀ナノ粒子ペーストインクを作製した。このペーストをスライドガラス上でキャストし、送風乾燥機にて、150℃で1h加熱した。乾燥後の塗膜厚みは10~30μmになるようにした。
得られた塗膜は、4端子法により表面抵抗値を測定し、得られた塗膜の厚みを乗じて、体積抵抗率を得た。
体積抵抗率の値を表−3に示す。
(Preparation and baking of silver nanoparticle paste and ink)
Next, texanol as a solvent was added to the recovered silver nanoparticles so as to have a silver content of 75 wt%, and mixed. Further, Ethocel 45 (manufactured by Nissin Chemical Co., Ltd.) was added as an organic binder so that the addition amount was 1 wt% with respect to the silver particles, and finally a silver nanoparticle paste ink having a silver content of about 70 wt% was prepared. This paste was cast on a slide glass, and heated at 150 ° C. for 1 hour with a blow dryer. The thickness of the coating film after drying was adjusted to 10 to 30 μm.
The obtained coating film was measured for surface resistance by a four-terminal method, and was multiplied by the thickness of the obtained coating film to obtain a volume resistivity.
Table 3 shows the values of the volume resistivity.

[実施例2〜9、比較例1〜7]
(銀粒子の製造)
使用材料及び配合割合を表−3〜7に示すものに代え、銀―アミン錯体化合物生成後の昇温速度を表−3〜7に示すものに代え、反応容器/加熱装置を表−3〜7に示すものに代えた以外は実施例1の(銀粒子の製造)と同様にして、銀粒子を作製した。
表−3〜4に示すとおり、実施例3、4、7、8については、実施例1と同様の方法で、(保護剤置換処理)を行った銀粒子も作製した。実施例9は、(保護剤置換処理)においてn−ヘキシルアミンに代えてn−ブチルアミンを用いた以外は、実施例1と同様の方法で銀粒子を作製した。
[Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 to 7]
(Production of silver particles)
The materials used and the mixing ratio were changed to those shown in Tables 3 to 7, the temperature rising rate after the formation of the silver-amine complex compound was changed to those shown in Tables 3 to 7, and the reaction vessel / heating device was changed to those shown in Tables 3 to 7. Silver particles were produced in the same manner as in (Production of silver particles) of Example 1 except that the silver particles were replaced with those shown in FIG.
As shown in Tables 3 to 4, in Examples 3, 4, 7, and 8, silver particles subjected to (protective agent replacement treatment) were produced in the same manner as in Example 1. In Example 9, silver particles were produced in the same manner as in Example 1, except that n-butylamine was used instead of n-hexylamine in (protective agent substitution treatment).

得られた銀粒子について実施例1と同様の方法で(粒子径の確認)を行った。なお、比較例2、6、7については、STEM像で粒子径の確認を実施した。
また、実施例2〜7、比較例1、2については、得られた粒子を用いて実施例1と同様の方法で(銀ナノ粒子ペースト、インクの調製と焼成)を行った。なお、実施例3については、インク溶媒をターピネオールC(日本テルペン社製 α-,β-,γ-異性体混合体)を用いている。
なお実施例3、4については、保護剤置換処理前の粒子と保護剤置換処理後の粒子を用いて各々(銀ナノ粒子ペースト、インクの調製と焼成)を行った。
また、比較例6及び、7については、特許文献1及び、2のように、銀分55wt%になるようにし、イソオクタン/n−ブタノール=4/1(体積比)の混合溶媒中に分散させた銀ナノ粒子分散体をスピンコートすることにより、ガラス上に塗工した。
The obtained silver particles were subjected to the same method as in Example 1 (confirmation of particle diameter). In addition, about Comparative Examples 2, 6, and 7, the particle diameter was confirmed by the STEM image.
In Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, the obtained particles were used in the same manner as in Example 1 (preparation and baking of silver nanoparticle paste and ink). In Example 3, terpineol C (a mixture of α-, β-, and γ-isomers manufactured by Nippon Terpen Co., Ltd.) was used as the ink solvent.
In Examples 3 and 4, particles (preparation and baking of silver nanoparticle paste and ink) were performed using particles before the protective agent replacement treatment and particles after the protective agent replacement treatment.
In Comparative Examples 6 and 7, as in Patent Documents 1 and 2, the silver content was adjusted to 55 wt% and dispersed in a mixed solvent of isooctane / n-butanol = 4/1 (volume ratio). The silver nanoparticle dispersion thus obtained was applied on glass by spin coating.

実施例2〜9、比較例1〜7について、得られた粒子の平均粒径(nm)、変動係数(%)、各粒子径範囲での粒子割合(%)、を表−3〜7に示す。SEMもしくはSTEM画像を図2〜14に示す。実施例2〜9、比較例1,2、6,7の粒度分布ヒストグラムを図16〜25に示す。実施例2〜9及び、比較例1,2,6,7について、焼結塗膜の体積抵抗率及び膜厚の値を表−3〜7に示す。表中「(b)/銀粒子mol比」は(b)/(a)中の銀粒子のモル比を示す。   For Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 7, the average particle diameter (nm), variation coefficient (%), and particle ratio (%) in each particle diameter range of the obtained particles are shown in Tables 3 to 7. Show. SEM or STEM images are shown in FIGS. 16 to 25 show particle size distribution histograms of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1, 2, 6, and 7. Tables 3 to 7 show the values of the volume resistivity and the film thickness of the sintered coating film in Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1, 2, 6, and 7. In the table, “(b) / silver particle mol ratio” indicates the molar ratio of silver particles in (b) / (a).

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(塗膜観察)
実施例8、比較例1、実施例9載の粒子を用いて作成した銀分78.5%テキサノールペーストについて、目開き20μmのナイロンメッシュを通過させたペーストをアルミ箔上にスパチュラで塗布した膜をドライヤーで乾燥させた塗布膜表面についてSEM観察を実施した。SEM観察した塗布膜は図26〜28のとおりである。
(Coating observation)
For the Texanol paste having a silver content of 78.5% prepared using the particles described in Example 8, Comparative Example 1, and Example 9, the paste passed through a nylon mesh having an aperture of 20 μm was applied to an aluminum foil with a spatula. An SEM observation was performed on the surface of the coating film obtained by drying the film with a dryer. The coating films observed by SEM are as shown in FIGS.

(銀ペーストの粘度測定)
さらに、実施例8、比較例1、実施例9載の粒子を用いて作成した銀分78.5%テキサノールペーストについて、レオメーター(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製HAAKE MARSIII)にて粘度を測定した。測定条件は、測定モード:ヒステリシス・ループ、せん断速度:0.1s−1→30s−1(90s)、30s−1→0.1s−1(90s)、測定治具:コーンプレート(Cone C35/1°TiL、Lower plate TMP35)、ギャップ:0.052mm、測定温度:25℃とした。測定した粘度データは実施例8、実施例9ついては図29記載のとおりで、比較例1については図30記載のとおりである。
また、測定した粘度データに基づき、解析ソフト(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 HAAKE RheoWin Data Maneger)により、各せん断速度における粘度値を確認した。実施例8、実施例9、及び比較例1のせん断速度1、2、3、4s-1におけるせん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降の粘度(v2)並びにこれらの粘度比(v1/v2)を表−9に記載する。本発明の銀ナノ粒子を用いた実施例8及び9では、せん断速度1〜4s-1で(v1/v2)は2.0以下である。またグラフからわかるように、4〜30s-1の範囲では、より小さく、2.0を超える点はない。これに対し、比較例1では、2s-1及び3s-1の点で、粘度比(v1/v2)が1.2を超えており、粘度ヒステリシスが大きいことがわかる。
(Measurement of viscosity of silver paste)
Further, the viscosity of a 78.5% silver content texanol paste prepared using the particles described in Example 8, Comparative Example 1, and Example 9 was measured with a rheometer (HAAKE MARSIII manufactured by Thermo Fisher Scientific). did. The measurement conditions were as follows: measurement mode: hysteresis loop, shear rate: 0.1 s -1 → 30 s -1 (90 s), 30 s -1 → 0.1 s -1 (90 s), measurement jig: cone plate (Cone C35 / 1 ° TiL, Lower plate TMP35), gap: 0.052 mm, measurement temperature: 25 ° C. The measured viscosity data is as shown in FIG. 29 for Examples 8 and 9, and is as shown in FIG. 30 for Comparative Example 1.
Further, based on the measured viscosity data, the viscosity value at each shear rate was confirmed by analysis software (HAAKE RheoWin Data Manager manufactured by Thermo Fisher Scientific). In Example 8, Example 9, and Comparative Example 1, the viscosity (v1) when the shear rate was increased and the viscosity (v2) when the shear rate was decreased at a shear rate of 1, 2, 3, 4 s -1, and their viscosity ratio (v1) / V2) are shown in Table-9. In Examples 8 and 9 using the silver nanoparticles of the present invention, (v1 / v2) is 2.0 or less at a shear rate of 1 to 4 s -1 . Further, as can be seen from the graph, in the range of 4 to 30 s −1 , there is no smaller point and no point exceeds 2.0. On the other hand, in Comparative Example 1, the viscosity ratio (v1 / v2) exceeds 1.2 at the points of 2 s −1 and 3 s −1 , indicating that the viscosity hysteresis is large.

以上のように、本発明により、錯体形成時に銀化合物100重量部に対して5〜20重量部の範囲の水を存在させ、かつアミン化合物と銀化合物中の銀原子のモル比が0.7〜2.0の範囲で反応させることにより、粒子表面にアミン化合物が結合し、平均粒子径が70〜350nm、かつ変動係数40%〜80%の銀粒子が得られることが確認できた。
また、これらの本発明の銀粒子により、20μm以上の焼結塗膜を形成することが可能でかつ、150℃での焼成条件において、塗膜の体積抵抗率が50μΩ・cm以下であり、導電性がある膜を得られることが確認できた。その中でも、アミン化合物としてAMPを使用し、インク溶媒としてテキサノールを使用している実施例2及び4において、平均粒子径約80nmの小粒子径、または260nmの大粒子径、かつ変動係数が40%〜80%の粒子を得ることができたこと、かつ、これらの粒子は、100℃焼成での塗膜の体積抵抗率が50μΩ・cm以下とすることができたことから、優れた低温焼結性がある銀ナノ粒子を得ることができることが確認できた。
As described above, according to the present invention, water is present in the range of 5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silver compound at the time of complex formation, and the molar ratio of the silver atom in the amine compound to the silver compound is 0.7. By performing the reaction in the range of 2.0 to 2.0, it was confirmed that the amine compound was bonded to the particle surface, and silver particles having an average particle diameter of 70 to 350 nm and a variation coefficient of 40% to 80% were obtained.
Further, these silver particles of the present invention can form a sintered coating film of 20 μm or more, and have a volume resistivity of 50 μΩ · cm or less under firing conditions at 150 ° C. It was confirmed that a film having a property was obtained. Among them, in Examples 2 and 4 in which AMP was used as the amine compound and Texanol was used as the ink solvent, the average particle diameter was as small as about 80 nm, or as large as 260 nm, and the coefficient of variation was 40%. ~ 80% of particles could be obtained, and these particles had excellent low-temperature sintering because the volume resistivity of the coating film at 100 ° C. could be 50 μΩ · cm or less. It has been confirmed that silver nanoparticles having properties can be obtained.

さらに、実施例3は実施例2と同じ粒子を用いて、インク溶媒をターピネオールCへ変更しているが、保護基を分子の長さ7〜8Åのn−ヘキシルアミンへ置換することで、100℃の焼成条件において、保護基置換なしの状態と比較して塗膜の体積抵抗率が大幅に下がることも確認された。このように本発明の銀ナノ粒子においては、銀粒子表面の保護基の種類、インク溶媒、焼結条件等の調整で、適切な銀塗料組成物や焼結塗膜を得ることができることがわかる。   Further, in Example 3, the same solvent as in Example 2 was used, and the ink solvent was changed to terpineol C. However, by replacing the protective group with n-hexylamine having a molecular length of 7 to 8%, 100% was obtained. It was also confirmed that the volume resistivity of the coating film was significantly reduced under the sintering conditions at a temperature of 0 ° C. as compared with the state without the protective group substitution. Thus, in the silver nanoparticles of the present invention, it can be seen that by adjusting the type of the protective group on the surface of the silver particles, the ink solvent, the sintering conditions, and the like, it is possible to obtain an appropriate silver paint composition and a sintered coating film. .

また、(b1)成分を使用することによる銀ナノ粒子の大粒子径化について、実施例5、6では、錯体形成を促進させる活性化剤として、N,N―ジメチルプロピルジアミンと1−アミノ−2−ブタノールを同じモル数添加し、その他の原料は同じ組成で、同じ条件で合成して合成される銀ナノ粒子の大きさを比較した。実施例5、6を比較すると、(b1)成分を使用した実施例6の方が、実施例5よりも、200〜500nmの粒子径を合成されやすいことが確認できた。また、実施例2、3のように、(b1)成分を使用しても、(b2)成分の割合を多くすることで、粒子径を小さくすることも可能であることがわかる。
さらに、実施例7では、合成溶媒をn−ヘキサノールではなく、ジグライムを使用しているが、広分布な粒度分布を持つ銀ナノ粒子ができ、20〜30μmの厚膜導電膜を得ることができる。
Regarding the increase in the particle size of silver nanoparticles by using the component (b1), in Examples 5 and 6, N, N-dimethylpropyldiamine and 1-amino- The same mole number of 2-butanol was added, and the size of silver nanoparticles synthesized by synthesizing other raw materials under the same conditions under the same conditions was compared. Comparing Examples 5 and 6, it was confirmed that Example 6 using the component (b1) was easier to synthesize a particle diameter of 200 to 500 nm than Example 5. Also, as in Examples 2 and 3, it can be seen that even when the component (b1) is used, the particle size can be reduced by increasing the proportion of the component (b2).
Furthermore, in Example 7, although diglyme was used instead of n-hexanol as the synthesis solvent, silver nanoparticles having a wide particle size distribution could be formed, and a thick film conductive film of 20 to 30 μm could be obtained. .

これに対し、比較例1、2では水を添加しておらず、この場合は平均粒子径が65nm未満と小さいだけでなく、変動係数が30%未満でばらつきが小さく、99%以上が100nm以下の小さな粒子径を有している。このような小さくてばらつきの少ない粒子では、10μm以下の膜厚でないと、各焼成温度において、十分な導電性は得られないことがわかる。特に膜厚が20μm以上で、120℃以下の低温領域での焼成条件においては大きく体積抵抗率が上昇している。
また、(b1)成分や水を用いた場合でも、比較例3のように水を添加しすぎたり、または比較例4のように(b2)成分が少なすぎたり、または比較例5のように昇温速度が遅すぎたりすると、粒子が融着し、独立した銀粒子が得られず、粒子径制御が困難であることがわかる。
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, water was not added. In this case, the average particle diameter was not only as small as less than 65 nm, but also the coefficient of variation was less than 30% and the variation was small, and 99% or more was 100 nm or less. Has a small particle size. It can be seen that sufficient conductivity cannot be obtained at each sintering temperature unless the film thickness is as small as 10 μm or less for such small particles having little variation. In particular, the volume resistivity is greatly increased under the firing conditions in a low-temperature region having a film thickness of 20 μm or more and 120 ° C. or less.
Further, even when the component (b1) or water was used, too much water was added as in Comparative Example 3, or the component (b2) was too little as in Comparative Example 4, or as in Comparative Example 5. If the rate of temperature rise is too slow, the particles will fuse, and independent silver particles cannot be obtained, indicating that it is difficult to control the particle size.

(b)と(a)中の銀原子のモル比が本発明の範囲を外れる特許文献1,2の製法と同等の方法で作製した比較例6及び7の粒子では、変動係数が小さく本発明の範囲を外れているので、インクを塗工すると、0.5μm程度の焼結塗膜となってしまい、厚膜化は困難である。
以上の結果からわかるように、有機溶媒中におけるアミン化合物と銀化合物の錯体形成反応において、水とアミン化合物の割合を本発明で規定する範囲内とし、かつアミン化合物と銀化合物の割合を本発明で規定する範囲内とした本発明の方法により、粒度分布に適度なバラつきを持たせた本発明の銀ナノ粒子を得ることができ、低抵抗な厚膜導電膜を得られやすい銀塗料組成物を作製することが可能であることがわかる。また、特にアミン化合物として(b1)成分を用いて得られた銀ナノ粒子は以上の効果が格段に優れていることがわかる。
The particles of Comparative Examples 6 and 7 produced by a method equivalent to the production method of Patent Documents 1 and 2 in which the molar ratio of silver atoms in (b) and (a) is out of the range of the present invention have a small coefficient of variation. Therefore, when the ink is applied, a sintered coating having a thickness of about 0.5 μm is formed, and it is difficult to increase the thickness of the coating.
As can be seen from the above results, in the complex formation reaction of the amine compound and the silver compound in the organic solvent, the ratio of the water and the amine compound is set within the range specified in the present invention, and the ratio of the amine compound and the silver compound is set in the present invention. By the method of the present invention within the range specified in the above, it is possible to obtain the silver nanoparticles of the present invention having an appropriate variation in the particle size distribution, it is easy to obtain a low-resistance thick film conductive silver coating composition It can be seen that can be manufactured. In addition, it can be seen that the silver nanoparticles obtained by using the component (b1) as the amine compound are particularly excellent in the above effects.

図29で粘度挙動の比較を示している実施例8と実施例9の銀ペーストは、前述のように粒子における保護剤置換処理で導入されたアミンの分子の長さのみが異なる(実施例8のn−ヘキシルアミン:7.559Åに対し実施例9はn−ブチルアミン:5.004Å、)。実施例8の分散体は、表―9にも示してあるように、せん断速度2〜30s−1の範囲内でのせん断速度上昇時の粘度(v1)とせん断速度下降時の粘度(v2)がほぼ同じ、すなわち粘度比(v1/v2)が約1.0である擬塑性流体であるのに対し、実施例9の分散体は、せん断速度2〜4s−1の範囲内でのせん断速度上昇時の粘度(v1)と比較し、せん断速度下降時の粘度(v2)が低くなる、すなわち粘度比(v1/v2)が1.1〜1.2であり、ややチキソトロピック流体の挙動を示す傾向がある。The silver pastes of Examples 8 and 9, which show a comparison of the viscosity behavior in FIG. 29, differ only in the length of the molecules of the amine introduced by the protective agent replacement treatment on the particles as described above (Example 8). Example 9 has n-butylamine: 5.004%, whereas n-hexylamine: 7.559%). As shown in Table 9, the dispersion of Example 8 had a viscosity (v1) when the shear rate was increased and a viscosity (v2) when the shear rate was decreased within the range of the shear rate of 2 to 30 s -1. Are substantially the same, that is, a pseudoplastic fluid having a viscosity ratio (v1 / v2) of about 1.0, whereas the dispersion of Example 9 has a shear rate in the range of 2 to 4 s −1. The viscosity (v2) when the shear rate decreases is lower than the viscosity (v1) when increasing, that is, the viscosity ratio (v1 / v2) is 1.1 to 1.2, and the behavior of the thixotropic fluid is slightly reduced. Tend to show.

実施例8と実施例9の銀粒子分散体の(塗膜観察)の結果の写真を比較すると、実施例8では、凝集物がほぼない状態で平滑な塗膜が得られるが、実施例9では数10μmの凝集物の存在が確認できる。この凝集物が多い現象が、ペーストのチキソトロピック流体の挙動を引き起こしていることが推測される。実施例9では粒子表面のアミン化合物の分子の長さが短いので、立体障害の度合いが比較的低く、銀粒子同士が疑似架橋状態を作り出し、凝集の発生、静置状態のペーストの高粘度化を生み出していると推察できる。一度シェアをかけると、疑似凝集状態が解消し、1次粒子が分散状態となり、粘度上昇時のペーストが、低粘度化する。しかし、しばらく静置していると再び、疑似架橋状態を作り出し、2次凝集物とペースト粘度の高粘度化が再構築されると考えられる。このため、連続印刷性は、実施例8の分散体のほうが優れていると推測できる。また、凝集物がメッシュ詰まりの要因となる可能性もある。   Comparing the photographs of the results of (observation of the coating film) of the silver particle dispersions of Example 8 and Example 9, in Example 8, a smooth coating film was obtained with almost no aggregates. Can confirm the presence of aggregates of several tens of μm. It is presumed that this phenomenon of many agglomerates causes the behavior of the thixotropic fluid of the paste. In Example 9, since the length of the molecule of the amine compound on the particle surface was short, the degree of steric hindrance was relatively low, and the silver particles created a pseudo-crosslinked state, causing aggregation and increasing the viscosity of the paste in a stationary state. Can be inferred. Once the shear is applied, the pseudo-agglomerated state is eliminated, the primary particles are in a dispersed state, and the viscosity of the paste at the time of increasing the viscosity is reduced. However, if left still for a while, a pseudo-crosslinked state is created again, and it is considered that the secondary aggregates and the increase in the viscosity of the paste are reconstructed. Therefore, it can be inferred that the dispersion of Example 8 is superior in continuous printability. Agglomerates may also cause mesh clogging.

したがって、スクリーン印刷用途では、アミン化合物の分子の長さが7〜8Åの範囲にある実施例8の分散体のほうが、より優れている。他方、実施例9の分散体も、実施例8の分散体同様に平均粒子径と変動係数が好ましい範囲にあるため、表−8に示すように20μmの厚膜での電気特性が優れており、500μm〜数mmオーダーの線幅の配線やパワー半導体用接合材として好適に用いることができる。
これに対し、比較例1の銀粒子は、本発明の平均粒子径・変動係数の範囲から外れている。図29からわかるように、表面のアミン化合物の長さが同じ実施例9の粒子に比較しても、表―9に示してある通り、せん断速度2〜4s−1の範囲内でのせん断速度上昇時の粘度(v1)と比較し、せん断速度下降時の粘度(v2)がより低くなっている、すなわち粘度比(v1/v2)が1.1〜2.2であり、チキソトロピック流体の挙動を示す傾向がある。この要因としては、図28からわかるように、凝集物も多いことからも推察されるし、焼成してもクラックが発生しやすいので、厚膜化した際に導電性が劣ってしまう。
Therefore, for the screen printing application, the dispersion of Example 8 in which the length of the molecule of the amine compound is in the range of 7 to 8 ° is more excellent. On the other hand, the dispersion of Example 9 also has excellent electric characteristics in a thick film of 20 μm as shown in Table-8 because the average particle diameter and the coefficient of variation are in the preferable ranges as in the dispersion of Example 8. , 500 μm to several millimeters, and can be suitably used as a bonding material for power semiconductors.
On the other hand, the silver particles of Comparative Example 1 are out of the range of the average particle diameter and the coefficient of variation of the present invention. As can be seen from FIG. 29, even when compared with the particles of Example 9 having the same length of the amine compound on the surface, as shown in Table 9, the shear rate in the range of the shear rate of 2 to 4 s −1 was obtained. Compared with the viscosity at the time of increase (v1), the viscosity (v2) at the time of decrease in shear rate is lower, that is, the viscosity ratio (v1 / v2) is 1.1 to 2.2, and the viscosity of the thixotropic fluid is lower. Tends to behave. This factor can be inferred from the fact that there are many agglomerates, as shown in FIG. 28, and cracks are liable to occur even when sintering.

以上の結果より、本発明の銀粒子のように、適度な粒子径とバラつきを持つ本発明の銀粒子は、優れた電気特性を発揮する厚膜を容易に製造できる。特に銀表面に適度な分子の長さ(7〜8Å)を持つ保護剤を結合させたものは、特に分散性が良好で、スクリーン印刷に適した粘度挙動をもつ銀塗料組成物を作製することができ、その印刷された銀塗料組成物は、低温焼成において導電性が良好な厚膜導電膜を提供することが可能である。   From the above results, like the silver particles of the present invention, the silver particles of the present invention having an appropriate particle diameter and variation can easily produce a thick film exhibiting excellent electric characteristics. Particularly, when a protective agent having an appropriate molecular length (7 to 8 mm) is bonded to the silver surface, a silver coating composition having particularly good dispersibility and having a viscosity behavior suitable for screen printing can be obtained. The printed silver coating composition can provide a thick-film conductive film having good conductivity at low temperature firing.

本発明により、刺激臭の強いアミンの排出量が抑えられた方法で、大粒径で広い分布を有し、厚膜で且つ高い導電性を有する銀導電層を容易に形成することのできる銀ナノ粒子、特にスクリーン印刷に適した銀塗料組成物を得ることができる。   According to the present invention, a silver capable of easily forming a thick and highly conductive silver conductive layer having a large particle size and a wide distribution by a method in which the emission amount of an amine having a strong pungent odor is suppressed. A silver paint composition suitable for nanoparticles, especially screen printing, can be obtained.

Claims (14)

熱分解性を有する銀化合物(a)と、(a)と錯体形成しうるアミン化合物(b)とを有機溶媒(c)中で反応させて錯体を形成し、得られた錯体を加熱して熱分解させることにより、銀ナノ粒子を形成する銀ナノ粒子の製造方法であって、錯体形成時に、銀化合物(a)100重量部に対して5〜20重量部の水を存在させ、かつアミン化合物(b)と銀化合物(a)中の銀原子とのモル比が0.7以上であることを特徴とする銀ナノ粒子の製造方法。   A silver compound (a) having thermal decomposability is reacted with an amine compound (b) capable of forming a complex with (a) in an organic solvent (c) to form a complex, and the obtained complex is heated. A method for producing silver nanoparticles which forms silver nanoparticles by pyrolysis, wherein 5 to 20 parts by weight of water is present with respect to 100 parts by weight of a silver compound (a) at the time of forming a complex, and A method for producing silver nanoparticles, wherein the molar ratio between the compound (b) and the silver atom in the silver compound (a) is 0.7 or more. (b)が、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールであることを特徴とする請求項1記載の銀ナノ粒子の製造方法。   The method for producing silver nanoparticles according to claim 1, wherein (b) is 2-amino-2-methyl-1-propanol. (a)がシュウ酸銀である請求項1又は2記載の銀ナノ粒子の製造方法。   3. The method for producing silver nanoparticles according to claim 1, wherein (a) is silver oxalate. (c)/(a)の重量比が0.8〜1.3であることを特徴とする請求項3記載の銀ナノ粒子の製造方法。   The method according to claim 3, wherein the weight ratio of (c) / (a) is 0.8 to 1.3. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法により銀ナノ粒子を作製し、得られた銀ナノ粒子を有機溶媒に分散することを特徴とする、銀ナノ粒子分散体の製造方法。   A method for producing a silver nanoparticle dispersion, comprising producing silver nanoparticles by the method according to any one of claims 1 to 4, and dispersing the obtained silver nanoparticles in an organic solvent. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法により銀ナノ粒子を作製し、得られた銀ナノ粒子を有機溶媒に分散し、さらに有機バインダーを添加することを特徴とする、銀塗料組成物の製造方法。   A silver paint composition comprising: preparing silver nanoparticles by the method according to any one of claims 1 to 4; dispersing the obtained silver nanoparticles in an organic solvent; and further adding an organic binder. Production method. 請求項5記載の方法により得られた銀ナノ粒子分散体又は請求項6記載の方法により得られた銀塗料組成物を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法。   A silver nanoparticle dispersion obtained by applying a silver nanoparticle dispersion obtained by the method according to claim 5 or a silver coating composition obtained by the method according to claim 6 onto a substrate, followed by firing to form a silver conductive layer. A method for manufacturing a conductive material. テキサノール中に78.5重量%含有させた際に、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降時の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下であり、かつ平均粒子径が70〜350nm、変動係数40%〜80%であり、粒子表面にアミン化合物が結合した銀ナノ粒子。When 78.5% by weight is contained in Texanol, the viscosity ratio (v1 / 1) of the viscosity (v1) when the shear rate is increased and the viscosity (v2) when the shear rate is decreased in the range of the shear rate of 2 to 30 s −1. v2) is 2.0 or less, the average particle diameter is 70 to 350 nm, the coefficient of variation is 40% to 80%, and silver nanoparticles having an amine compound bonded to the particle surface. 請求項8記載の銀粒子において、粒子表面に結合したアミン化合物の分子の長さが7〜8Åである銀ナノ粒子。   9. The silver nanoparticle according to claim 8, wherein the length of the molecule of the amine compound bonded to the particle surface is 7 to 8 °. 請求項8又は9記載の銀粒子が有機溶媒中に分散されていることを特徴とする銀ナノ粒子分散体。   A silver nanoparticle dispersion, wherein the silver particles according to claim 8 or 9 are dispersed in an organic solvent. 請求項8又は9記載の銀ナノ粒子を70〜95wt%含有し、せん断速度2〜30s−1の領域で、せん断速度上昇時の粘度(v1)及びせん断速度下降時の粘度(v2)の粘度比(v1/v2)が2.0以下であることを特徴とする銀ナノ粒子分散体。The viscosity of the viscosity (v1) when the shear rate is increased and the viscosity (v2) when the shear rate is decreased in a range of 2 to 30 s -1 containing 70 to 95 wt% of the silver nanoparticles according to claim 8 or 9. A silver nanoparticle dispersion having a ratio (v1 / v2) of 2.0 or less. 請求項8又は9記載の銀ナノ粒子が有機溶媒に分散され、さらに有機バインダーを含有することを特徴とする、銀塗料組成物。   A silver paint composition, wherein the silver nanoparticles according to claim 8 or 9 are dispersed in an organic solvent, and further contain an organic binder. 請求項10又は11記載の銀ナノ粒子分散体を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法。   A method for producing a silver conductive material, comprising a step of applying the silver nanoparticle dispersion according to claim 10 or 11 on a substrate and baking to form a silver conductive layer. 請求項12記載の銀塗料組成物を基板上に塗布し、焼成して銀導電層を形成する工程を含む銀導電材料の製造方法。
A method for producing a silver conductive material, comprising a step of applying the silver coating composition according to claim 12 on a substrate and baking to form a silver conductive layer.
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