WO2018061327A1 - Ni-Zn-Cu系フェライト粒子、樹脂組成物及び樹脂成形体 - Google Patents

Ni-Zn-Cu系フェライト粒子、樹脂組成物及び樹脂成形体 Download PDF

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WO2018061327A1
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小島 隆志
一隆 石井
隆男 杉浦
五十嵐 哲也
康二 安賀
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パウダーテック株式会社
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    • H01F1/0063Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use in a non-magnetic matrix, e.g. granular solids

Definitions

  • the present invention relates to Ni—Zn—Cu based ferrite particles, a resin composition containing the ferrite particles, and a resin molded body made of the resin composition.
  • such a resin film is obtained by dispersing a filler in a resin composition containing a resin and an aqueous or solvent-based solvent, and then applying the resin composition containing the filler on a substrate to volatilize the solvent. It is formed by curing the resin.
  • metal wiring is formed by laminating
  • Mn—Mg ferrite particles having an average particle diameter of 20 to 50 ⁇ m and a magnetization (saturation magnetization) of about 60 Am 2 / kg disclosed in Patent Document 2 can be considered.
  • Mn—Mg based ferrite disclosed in Patent Document 3 having an average particle diameter of 1 to 2000 nm and having a true spherical particle shape.
  • the ferrite particles have a high resistance in order to suppress the occurrence of current leakage and ensure durability when a resin film containing ferrite particles is used as a flexible printed wiring material.
  • Patent Documents 2 to 3 when the ferrite particles disclosed in Patent Documents 2 to 3 are used in a resin molded body such as a resin film, sufficient dispersibility cannot be obtained with respect to the resin, solvent or resin composition of the ferrite particles. There is a problem in that the ferrite particles cause irregularities on the surface of the resin molded body. Further, the ferrite particles disclosed in Patent Documents 2 to 3 have a problem that a high resistance cannot be obtained at a high applied voltage.
  • An object of the present invention is to provide ferrite particles having high saturation magnetization and electrical resistance and excellent dispersibility in a resin, a solvent or a resin composition, a resin composition containing the ferrite particles, and a resin molded article comprising the resin composition
  • the purpose is to provide.
  • Ni—Zn—Cu-based ferrite particles according to the present invention are single crystals having an average particle diameter of 1 to 2000 nm, have a polyhedral particle shape, contain 5 to 10% by weight of Ni, and contain Zn. It is characterized by containing 15 to 30% by weight, containing 1 to 5% by weight of Cu, and containing 25 to 50% by weight of Fe.
  • Ni—Zn—Cu based ferrite particles are preferably segregated on the surface thereof.
  • Ni—Zn—Cu ferrite particles preferably have the Cu segregated on the surface thereof.
  • the resin composition according to the present invention is characterized by containing the Ni—Zn—Cu ferrite particles as a filler.
  • the resin molded body according to the present invention is characterized by comprising the above resin composition.
  • the Ni—Zn—Cu ferrite particles according to the present invention contain 5 to 10% by weight of Ni, 15 to 30% by weight of Zn, 1 to 5% by weight of Cu, and 25 to 50% by weight of Fe. % Content can provide both an appropriate saturation magnetization and a high electric resistance, and a lower residual magnetization.
  • the Ni—Zn—Cu ferrite particles according to the present invention have a small average particle diameter of 1 to 2000 nm and low residual magnetization, it is possible to reduce the aggregation between the particles. Or the outstanding dispersibility with respect to a resin composition can be obtained.
  • the Ni—Zn—Cu based ferrite particles according to the present invention can be made into a polyhedral particle shape by containing Zn.
  • the Ni—Zn—Cu based ferrite particles according to the present invention have a low absolute value of magnetic permeability, but have a very small particle diameter and are not only excellent in frequency characteristics due to being a single crystal, A substantially constant magnetic permeability can be obtained in a wide band from the low frequency side to the high frequency side. Furthermore, when the Ni—Zn—Cu based ferrite particles according to the present invention are suitably used in a resin molded body containing the ferrite particles as a filler, the ferrite particles can be prevented from agglomerating to obtain a smooth surface. it can.
  • FIG. 1 is an image of a secondary electron image (magnification 200,000 times) obtained by STEM observation of the ferrite particles of Example 1.
  • FIG. 2 is an image of a TEM image (magnification 200,000 times) of the ferrite particles of Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing the EDX analysis result of the ferrite particles of Example 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the frequency dependence of the real part ⁇ ′ of the complex permeability in the ferrite particles of Example 1 and Comparative Example 1.
  • Ni—Zn—Cu ferrite particles according to the present invention have a specific ferrite composition, thereby providing appropriate saturation magnetization and high electrical resistance. They can be obtained in a compatible manner, and the residual magnetization can be further reduced. And the ferrite particle which concerns on this invention has the average particle diameter of a specific range, and can obtain the outstanding dispersibility with respect to resin, a solvent, or a resin composition by having low residual magnetization.
  • the Ni—Zn—Cu based ferrite particles according to the present invention can be made into a polyhedral particle shape by containing Zn.
  • the ferrite particles according to the present invention have a low absolute value of magnetic permeability, but because they are single crystals, the domain wall generated by the alternating magnetic field does not pass through the grain interface, and therefore only has excellent frequency characteristics.
  • a substantially constant magnetic permeability can be obtained in a wide band from the low frequency side to the high frequency side.
  • the ferrite particles according to the present invention have an average particle size of 1 to 2000 nm.
  • the average particle size is less than 1 nm, the particles are aggregated even if the surface treatment is performed, and excellent dispersibility in the resin, solvent or resin composition cannot be obtained.
  • the average particle diameter exceeds 2000 nm, the dispersibility can be ensured, but when a molded body containing ferrite particles is formed, the surface of the molded body may be uneven due to the presence of ferrite particles.
  • the molded body is a flexible printed wiring material used for wiring to electronic equipment, cables, and the like, the metal wiring formed on the surface may be damaged by the unevenness.
  • the average particle size of the ferrite particles is preferably 1 to 800 nm, more preferably 1 to 300 nm.
  • the ferrite particle according to the present invention is a single crystal.
  • crystal grain boundaries are generated in the fine structure within one particle during the process of crystal growth by firing.
  • the domain wall generated by the alternating magnetic field passes through the grain interface, the domain wall is held at the crystal grain boundary, so that the frequency characteristics may be inferior.
  • the domain wall generated by the alternating magnetic field does not pass through the grain interface, so not only the frequency characteristics are excellent, but also the maximum magnetic permeability due to the resonance of the domain wall is As can be seen, a substantially constant magnetic permeability can be obtained in a wide band from the low frequency side to the high frequency side.
  • the ferrite particles according to the present invention can be formed into a polyhedral shape by containing Zn. This is because Zn is released from the inside to outside during the growth of ferrite particles due to the high saturation vapor pressure of Zn, and then becomes a single crystal because Zn functions as a flux, and the generated particles reflect the crystal structure. It is thought that it became polyhedral shape.
  • the ferrite particles according to the present invention are Ni—Zn—Cu based ferrite particles.
  • the ferrite particles contain 5 to 10% by weight of Ni, 15 to 30% by weight of Zn, and 1 to 5% by weight of Cu.
  • Fe is contained in an amount of 25 to 50% by weight. Since the ferrite particles according to the present invention are Ni—Zn—Cu based ferrite particles having the above composition, both high saturation magnetization and low residual magnetization can be obtained at the same time as described later. High electrical resistance can be stably obtained over the range of applied voltage to high applied voltage.
  • the Ni content When the Ni content is less than 5% by weight, the electric resistance is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the Ni content is more than 10% by weight, the saturation magnetization cannot be increased because the Zn content is excessively increased.
  • the Zn content is less than 15% by weight, Zn cannot be sufficiently segregated on the surface of the ferrite particles, and the resistance at a low applied voltage becomes low. Furthermore, there is a possibility that the polyhedral shape is difficult to be obtained. On the other hand, when the Zn content exceeds 30% by weight, the saturation magnetization cannot be increased because the Ni content is relatively small.
  • the Cu content is less than 1% by weight, Cu cannot be sufficiently segregated on the surface of the ferrite particles, and the resistance at a low applied voltage becomes low.
  • the Cu content is more than 5% by weight, the saturation magnetization cannot be increased because the Ni content is relatively small.
  • the Fe content is less than 25% by weight, since the absolute amount of Fe is small, the ferrite component is not generated and the saturation magnetization cannot be increased. On the other hand, when the Fe content is more than 45% by weight, the residual magnetization of the ferrite particles becomes high and the ferrite particles are easily aggregated, and the ferrite particles are uniformly dispersed in the resin, solvent or resin composition. It can be difficult.
  • the ferrite particles according to the present invention preferably have Zn segregated on the surface thereof. Although Zn is also present inside the ferrite particles, the electrical resistance described later can be further increased by segregating Zn on the surface.
  • the ferrite particles according to the present invention preferably have segregated Cu on the surface thereof. Although Cu is also present inside the ferrite particles, the electrical resistance can be further increased by segregating Cu on the surface.
  • the surface segregation of Cu may occur in a region where Zn is segregated, or may occur in a region where Zn is not segregated.
  • the ferrite particles according to the present invention are Ni—Zn—Cu based ferrite particles having the above composition, an appropriate saturation magnetization can be obtained. For this reason, when a resin molding is comprised using the said ferrite particle, the said resin molding can be adsorbed by application of a magnetic field.
  • the ferrite particles preferably have a saturation magnetization in the range of 20 to 60 Am 2 / kg. When the saturation magnetization is less than 20 Am 2 / kg, it may be difficult to attract the resin molded body by applying a magnetic field. On the other hand, it is difficult to achieve saturation magnetization exceeding 60 Am 2 / kg in the Ni—Zn—Cu based ferrite particles having the above average particle diameter.
  • the ferrite particles according to the present invention are Ni—Zn—Cu based ferrite particles having the above composition, low residual magnetization can be obtained. For this reason, the said ferrite particle can obtain the outstanding dispersibility with respect to resin, a solvent, or a resin composition.
  • the ferrite particles preferably have a remanent magnetization of 5 Am 2 / kg or less. If the remanent magnetization exceeds 5 Am 2 / kg, the ferrite particles are likely to aggregate with each other, and it may be difficult to uniformly disperse the ferrite particles in the resin, solvent, or resin composition.
  • the ferrite particles according to the present invention are Ni—Zn—Cu based ferrite particles having the above composition, powder resistance (electric resistance) can be obtained. For this reason, when a printed wiring material is comprised using the resin molding containing the said ferrite particle, generation
  • the powder resistance preferably has a volume resistivity of 1 ⁇ 10 7 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the resistance is low at a low applied voltage, current tends to flow on the surface of the ferrite particles. Therefore, in a resin molded body containing the ferrite particles as a filler, current easily flows in a local pinhole or thin region. Become.
  • the resin film containing the ferrite particles is used as a flexible printed wiring material, there is a problem that current leakage tends to occur in components around the printed wiring material.
  • the whole resin molding containing the said ferrite particle becomes overcurrent, There is a problem that it is easily deformed. From the above, it is more preferable that the powder resistance of the ferrite particles has a volume resistivity of 1 ⁇ 10 7 ⁇ ⁇ cm or more over an applied voltage range of 200 to 1000V.
  • the ferrite particles according to the present invention preferably have a BET specific surface area of 1 to 30 m 2 / g.
  • the BET specific surface area is less than 1 m 2 / g, when a resin composition containing ferrite particles is formed, the affinity between the particle surface and the resin composition becomes insufficient, and the resin composition present on the particle surface is locally localized.
  • irregularities may occur on the surface of the molded body.
  • the ferrite particles are produced by spraying ferrite raw materials containing Fe, Ni, Zn and Cu in the atmosphere to form ferrite, and then rapidly solidifying them and then collecting only particles having a particle size within a predetermined range. be able to.
  • the method for preparing the ferrite raw material is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. A dry method or a wet method may be used.
  • An example of a method for preparing a ferrite raw material is as follows: an appropriate amount of Fe raw material, Ni raw material, Zn raw material and Cu raw material are weighed so as to have a desired ferrite composition, and then water is added to pulverize to produce a slurry. To do. The prepared pulverized slurry is granulated with a spray dryer and classified to prepare a granulated product having a predetermined particle size.
  • the particle size of the granulated product is preferably about 0.5 to 10 ⁇ m in consideration of the particle size of the obtained ferrite particles.
  • a ferrite raw material having a composition prepared is mixed, dry pulverized, each raw material is pulverized and dispersed, the mixture is granulated with a granulator, classified, and granulated with a predetermined particle size.
  • a ferrite raw material having a composition prepared is mixed, dry pulverized, each raw material is pulverized and dispersed, the mixture is granulated with a granulator, classified, and granulated with a predetermined particle size.
  • the granulated material thus prepared is sprayed in the atmosphere to be ferritized.
  • a mixed gas of combustion gas and oxygen can be used as a combustible gas combustion flame, and the volume ratio of the combustion gas and oxygen is 1: 3.5 to 6.0.
  • the proportion of oxygen in the combustible gas combustion flame is less than 3.5 with respect to the combustion gas, melting may be insufficient, and when the proportion of oxygen exceeds 6.0 with respect to the combustion gas, ferritization may occur. It becomes difficult.
  • it can be used in a proportion of oxygen 35 ⁇ 60Nm 3 / hr against the combustion gases 10 Nm 3 / hr.
  • propane gas, propylene gas, acetylene gas or the like can be used, and propane gas can be particularly preferably used.
  • propane gas can be particularly preferably used.
  • nitrogen, oxygen, or air can be used as a granulated material conveyance gas.
  • the flow rate of the granulated material to be conveyed is preferably 20 to 60 m / sec.
  • the thermal spraying is preferably performed at a temperature of 1000 to 3500 ° C., more preferably 2000 to 3500 ° C.
  • the ferrite particles ferritized by thermal spraying are rapidly cooled and solidified by being carried in an air stream by air supply, and then ferrite particles having an average particle diameter of 1 to 2000 nm are collected and recovered.
  • the collection is performed by, for example, rapidly solidifying ferrite particles carried in an air flow by air supply, and ferrite particles having a particle size exceeding the above range are dropped in the middle of the air flow, and ferrite having a particle size in the above range. It can be performed by a method in which particles are collected by a filter provided on the downstream side of the airflow.
  • the collected ferrite particles are classified as necessary, and the particle size is adjusted to a desired particle size.
  • a classification method an existing air classification, mesh filtration method, sedimentation method, or the like can be used. It is possible to remove particles having a large particle diameter with a cyclone or the like.
  • the surface treatment with the coupling agent can further improve the dispersibility of the ferrite particles in the resin, solvent or resin composition.
  • a coupling agent various silane coupling agents, titanate coupling agents, and aluminate coupling agents can be used, and decyltrimethyoxysilane and n-octyltriethoxysilane can be used more preferably.
  • the surface treatment amount depends on the BET specific surface area of the ferrite particles, but is preferably 0.05 to 8% by weight with respect to the ferrite particles in terms of the silane coupling agent.
  • the ferrite particles according to the present invention can be used, for example, in a resin molded body for flexible printed wiring materials.
  • ferrite particles are added to a resin composition containing a resin and an aqueous or solvent solvent, and the ferrite particles are dispersed in the resin composition by stirring and mixing.
  • a resin molded body can be produced by applying the resin composition containing the obtained filler onto a substrate, volatilizing the solvent and curing the resin.
  • the ferrite particles act as magnetic fillers in the resin molded body. Ferrite particles have a high saturation magnetization and a low residual magnetization. Therefore, when a metal layer is formed on a resin molding by laminating a metal layer, a magnetic field is applied to attract the unnecessary resin film. Can be removed.
  • the ferrite particles can stably obtain high electrical resistance over a range of low applied voltage to high applied voltage, when the resin molded body containing the ferrite particles is used as a flexible printed wiring material, Durability can be ensured by suppressing the occurrence of current leakage.
  • the ferrite particles according to the present invention are not limited to the resin molded body for flexible printed wiring materials, and can be used for various applications. Ferrite particles may be used as fillers, particularly magnetic fillers, and may be used as raw materials for molded bodies. When ferrite particles are used as a molding raw material, molding, granulation, coating, etc. can be performed, and firing may be performed. Further, as described above, the ferrite particles are excellent in frequency characteristics and can obtain a substantially constant magnetic permeability in the frequency band of 1 MHz to 2 GHz, so that they can be used as an electromagnetic shielding material.
  • Example 1 Iron oxide (Fe 2 O 3 ), nickel oxide (NiO), zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO) are weighed in a molar ratio of 44.9: 16.7: 33.4: 5.1. , Mixed. Water was added and pulverized to prepare a slurry having a solid content of 50% by weight. The produced slurry was granulated with a spray dryer and classified to produce a granulated product having an average particle size of 5 ⁇ m.
  • propane obtained granules: oxygen 10 Nm 3 / hr: Sprayed ferritization by performing under conditions of 35 Nm 3 / hr of combustible gas flow rate in the combustion flame of about 40 m / sec, followed by It was rapidly cooled in the atmosphere by being carried in an air stream by air supply. At this time, since the granulated material was sprayed while continuously flowing, the particles after spraying and quenching were independent without being bound to each other. Subsequently, the cooled particles were collected by a filter provided on the downstream side of the airflow. At this time, the particles having a large particle size were not collected by the filter because they dropped in the middle of the air flow. Next, about the collected particles, coarse powder having a particle size exceeding 2000 nm was removed by classification to obtain ferrite particles. That is, the obtained ferrite particles had a maximum particle size of 2000 nm or less. Table 1 shows the manufacturing conditions.
  • Example 2 the ferrite particles were prepared in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of iron oxide, nickel oxide, zinc oxide and copper oxide was changed to 45.6: 12.3: 35.4: 6.8. Produced.
  • Example 2 In this comparative example, first, exactly the same as Example 1 except that iron oxide, nickel oxide, zinc oxide and copper oxide were mixed at a molar ratio of 70.0: 12.0: 15.0: 3.0. To obtain a granulated product. Subsequently, the obtained granulated material is accommodated in a mortar and fired in an electric furnace at 1200 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 0% by volume to form a ferrite. A fired product that became a lump was obtained. The obtained fired product was quenched in the atmosphere, and the cooled fired product was pulverized by grinding in a mortar to produce ferrite particles.
  • Comparative Example 4 In this comparative example, a granulated product was obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that iron oxide and manganese dioxide (MnO 2 ) were mixed at a molar ratio of 80:20. Subsequently, ferrite particles were produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the granulated product obtained in this comparative example was used.
  • FeO 2 manganese dioxide
  • the ferrite particles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5 were mixed with an epoxy resin to prepare a coating film forming ink.
  • the ink for forming a coating film was prepared by mixing 65 parts by weight of ferrite particles, 12 parts by weight of epoxy resin in terms of resin solids, and 48 parts by weight of toluene, and dispersing them using a homogenizer.
  • a coating film was formed on a PET film or a glass plate as a substrate by using the obtained coating film forming ink by a baker type applicator (SA-201, Tester Sangyo Co., Ltd.).
  • the coating thickness was 4 mil (101.6 ⁇ m), and the coating width was 10 cm.
  • the resin film as a resin molding was obtained by drying the solvent and curing the resin.
  • the content of the metal component in the ferrite particles was measured as follows. First, 0.2 g of ferrite particles were weighed, and 60 mL of pure water added with 20 mL of 1N hydrochloric acid and 20 mL of 1N nitric acid was heated to prepare an aqueous solution in which the ferrite particles were completely dissolved. The obtained aqueous solution was set in an ICP analyzer (ICPS-1000IV, Shimadzu Corporation), and the content of the metal component in the ferrite particles was measured. In addition, the description of “ ⁇ 0.01” in Table 2 means that it is a measurement error or exists as an unavoidable impurity derived from a raw material, a manufacturing process, or the like.
  • Crystal form The crystal form of the ferrite particles was observed using a scanning transmission electron microscope HD-2700 Cs-corrected STEM (manufactured by Hitachi High-Technology Corporation). The acceleration voltage was 200 kV.
  • FIG. 1 the image of the secondary electron image (magnification 200,000 times) by the STEM observation of the ferrite particle of Example 1 is shown.
  • the horizontal ferret diameter was taken as the average particle diameter.
  • the volume average particle size was defined as the average particle size.
  • the obtained ferrite particles were photographed at a magnification of 200,000 times using a scanning electron microscope FE-SEM (SU-8020, Hitachi High-Technologies Corporation). At this time, the ferrite particles were photographed in a visual field capable of counting 100 particles or more. Image analysis was performed on the photographed SEM image using image analysis software (Image-Pro PLUS, Media Cybernetics). About the obtained image of each particle, the horizontal ferret diameter of each particle was measured by manual measurement to obtain an average particle size.
  • (Volume average particle size) 10 g of the obtained ferrite particles were placed in a beaker with 80 mL of water as a dispersion medium, and 2 to 3 drops of sodium hexametaphosphate as a dispersant were added. Next, the obtained solution was oscillated with an ultrasonic homogenizer (UH-150, SMT Co., Ltd.) for 20 seconds at an output level of 4 to disperse ferrite particles in the solution. Next, after removing bubbles generated on the beaker surface, solid-liquid separation was performed to collect ferrite particles. The volume average particle size of the recovered ferrite particles was measured using a Microtrac particle size analyzer (Model 9320-X100, Nikkiso Co., Ltd.).
  • the BET specific surface area was measured using a specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1208, Mountec Co., Ltd.). First, about 10 g of the obtained ferrite particles are placed on a medicine wrapping paper, deaerated with a vacuum dryer, and after confirming that the degree of vacuum is ⁇ 0.1 MPa or less, the ferrite particles are heated at 200 ° C. for 2 hours. The water adhering to the surface of was removed. Subsequently, about 0.5 to 4 g of ferrite particles from which moisture was removed were placed in a standard sample cell dedicated to the apparatus and accurately weighed with a precision balance. Subsequently, the weighed ferrite particles were set in the measurement port of the apparatus and measured. The measurement was performed by a one-point method. The measurement atmosphere was a temperature of 10 to 30 ° C. and a relative humidity of 20 to 80% (no condensation).
  • the magnetic characteristics were measured using a vibration sample type magnetometer (VSM-C7-10A, Toei Industry Co., Ltd.). First, the obtained ferrite particles were filled in a cell having an inner diameter of 5 mm and a height of 2 mm, and set in the apparatus. In the above-mentioned apparatus, a magnetic field was applied and swept to 5K ⁇ 1000 / 4 ⁇ ⁇ A / m. Next, the applied magnetic field was decreased to create a hysteresis curve on the recording paper.
  • VSM-C7-10A vibration sample type magnetometer
  • the magnetization when the applied magnetic field is 5K ⁇ 1000 / 4 ⁇ ⁇ A / m is the saturation magnetization
  • the magnetization when the applied magnetic field is 0K ⁇ 1000 / 4 ⁇ ⁇ A / m is the residual magnetization.
  • the powder resistance was measured as follows. First, a sample (ferrite particles) was filled in a fluororesin cylinder having a cross-sectional area of 4 cm 2 so that the height would be 4 mm, electrodes were attached to both ends, and a weight of 1 kg was placed thereon. . Subsequently, using a 6517A type insulation resistance measuring instrument manufactured by Keithley, a measurement voltage (200 V and 1000 V) was applied to the electrode, and an electric resistance after 60 seconds was measured to calculate a volume resistivity.
  • the magnetic permeability was measured using an E4991A type RF impedance / material analyzer 16454A magnetic material measuring electrode manufactured by Agilent Technologies.
  • 9 g of ferrite particles and 1 g of a binder resin (Kynar 301F: polyvinylidene fluoride) were placed in a 100 cc polyethylene container and mixed by stirring for 30 minutes with a 100 rpm ball mill. After the completion of stirring, about 0.6 g of the obtained mixture was filled in a die having an inner diameter of 4.5 mm and an outer diameter of 13 mm, and pressurized with a press at a pressure of 40 MPa for 1 minute. The obtained molded body was heat-cured at a temperature of 140 ° C.
  • the outer diameter of the measuring sample measured in advance, the internal diameter, and the height were input into the measuring apparatus.
  • the amplitude was 100 mV
  • the frequency range of 1 MHz to 3 GHz was swept on a logarithmic scale
  • the real part ⁇ ′ of the complex permeability was measured.
  • the influence of the measuring jig was so great that measurement was impossible. The obtained graph is shown in FIG.
  • the metal component is composed of Fe, Ni, Zn and Cu
  • the Ni content is in the range of 5 to 10% by weight
  • the Zn content is The Cu content was in the range of 15 to 30% by weight
  • the Cu content was in the range of 1 to 5% by weight
  • the Fe content was in the range of 25 to 45% by weight.
  • Mn and Sr contained in the ferrite particles of Example 1 and Example 2 are considered to be unavoidable impurities derived from raw materials, manufacturing processes, and the like.
  • the ferrite particles of Examples 1 and 2 were below the detection limit for metal components other than the metals described above.
  • the ferrite particles of Examples 1 and 2 have a saturation magnetization of 20 Am 2 / kg or more, a residual magnetization of 5 Am 2 / kg or less, and a volume resistivity of 1 ⁇ 10 7 ⁇ ⁇ cm or more at applied voltages of 200 V and 1000 V. Met. Therefore, the ferrite particles of Examples 1 and 2 have high saturation magnetization, can stably obtain high electrical resistance over a range of low applied voltage to high applied voltage, and have low residual magnetization. Is clear.
  • FIG. 3 is a graph showing the EDX analysis result of the ferrite particles of Example 1.
  • the horizontal axis represents the distance (unit: ⁇ m) of the electron beam swept from the outer surface of the particle toward the inside, and the vertical axis represents the strength of oxygen, iron, nickel, copper and zinc. Since each line rises in the vicinity of 0.004 ⁇ m in the horizontal axis in FIG. 3, it is considered that the vicinity of 0.004 ⁇ m in the horizontal axis corresponds to the surface of the ferrite particles.
  • the line indicating zinc shows the maximum value in the horizontal axis range of 0.004 to 0.006 ⁇ m, and the strength decreases at 0.006 ⁇ m or more.
  • the zinc content on the outer surface of the ferrite particle is larger than that inside, and zinc is segregated in the region from the outer surface of the ferrite particle to a depth of 0.002 ⁇ m.
  • the line indicating copper has a maximum value in the horizontal axis range of 0.004 to 0.006 ⁇ m, and the strength decreases at 0.006 ⁇ m or more. From this result, it is clear that the copper content on the outer surface of the ferrite particle is larger than that on the inside, and copper is segregated in a region from the outer surface of the ferrite particle to a depth of 0.002 ⁇ m.
  • the same results as in FIG. 3 were obtained for the ferrite particles of Example 2.
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 were confirmed to be a single crystal having an average particle size of 1 to 2000 nm and have a polyhedral particle shape, similar to the ferrite particles of Examples 1 and 2. Further, the ferrite particles of Comparative Example 1 had a lower saturation magnetization and a lower volume resistivity at an applied voltage of 200 V than the ferrite particles of Examples 1 and 2. This is considered to be due to the fact that in Comparative Example 1, the iron content is small and the zinc content is large compared to Examples 1 and 2.
  • the ferrite particles of Comparative Example 2 have a polyhedral particle shape. However, unlike the ferrite particles of Examples 1 and 2, it was confirmed that the ferrite particles were a large polycrystalline body having an average particle size of 0.24 ⁇ m. This is considered to be because in Comparative Example 2, firing was performed with an electric furnace.
  • the ferrite particles of Comparative Example 3 were a mixture of single crystal particles and polycrystalline particles, and had a larger average particle size than the ferrite particles of Examples 1 and 2. In Comparative Example 3, since all of the sprayed and cooled ferrite particles were collected, particles having a large particle size were included, and it is considered that the average particle size was increased.
  • the ferrite particles of Comparative Example 4 which are Mn-based ferrite particles, were single crystals having an average particle diameter of 1 to 2000 nm, similar to the ferrite particles of Examples 1 and 2, but the particle shape was spherical. . Further, the ferrite particles of Comparative Example 4 had higher residual magnetization and lower volume resistivity at applied voltages of 200 V and 1000 V than the ferrite particles of Examples 1 and 2.
  • the ferrite particles of Comparative Example 5 which are Mn—Mg-based ferrite particles, were single crystals having an average particle diameter of 1 to 2000 nm, similar to the ferrite particles of Examples 1 and 2, but the particle shape was spherical. there were. Further, the ferrite particles of Comparative Example 5 had higher residual magnetization and a lower volume resistivity at an applied voltage of 1000 V than the ferrite particles of Examples 1 and 2.
  • FIG. 4 is a graph showing the frequency dependence of the real part ⁇ ′ of the complex permeability of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 4 clearly shows that the ferrite particle of Example 1 has a low value of the real part ⁇ ′ of the complex magnetic permeability, but has a small frequency fluctuation and a substantially constant value in the frequency band of 1 MHz to 2 GHz.
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 have a small frequency variation like the ferrite particles of Example 1, it is clear that the value of the real part ⁇ ′ of the complex permeability is lower than that of Example 1.
  • the coating film-forming ink containing the ferrite particles of Comparative Example 2 could not be formed into a coating film, and a resin molded body could not be formed.
  • the ink for forming a coating film containing the ferrite particles of Comparative Example 3 was a resin molded body having a large surface irregularity and an irregular shape.
  • the ferrite particles of Comparative Examples 4 to 5 have high residual magnetization, the particles are likely to aggregate and take a long time to disperse.
  • the inks for forming a coating film containing the ferrite particles of Comparative Examples 4 to 5 were able to form a resin molded article having small surface irregularities and excellent surface smoothness.
  • the ferrite particles of Comparative Examples 4 to 5 require a long time to prepare the ink for forming a coating film, it is considered that the productivity in producing a resin molded body is low.
  • the ferrite particles of Examples 1 and 2 have both high saturation magnetization and high electrical resistance and high dispersibility in the resin composition. It is clear that the ferrite particles of Examples 1 and 2 can constitute a resin molded body having excellent surface smoothness when the resin molded body is constructed.
  • the ferrite particles according to the present invention have both high saturation magnetization and high electrical resistance, they are suitable as magnetic fillers and molded body raw materials.
  • the ferrite particles have a small average particle size and a low residual magnetization, it is possible to obtain excellent dispersibility in a resin, a solvent, or a resin composition. Therefore, when the ferrite particles are prepared as a resin composition containing the ferrite particles as a filler and a molded body such as a resin film made of the resin composition is formed, the ferrite particles are aggregated on the surface of the molded body. And a smooth surface can be obtained, and the productivity is excellent.
  • a metal wiring is formed by using the resin composition containing the ferrite particles as a filler or the resin molded body made of the resin composition as a flexible printed wiring material used for wiring to electronic equipment, cables, and the like.
  • the resin molded body that has become unnecessary can be adsorbed and removed by a magnetic field, so that metal wiring can be formed easily and efficiently.
  • the obtained flexible wiring material includes the above ferrite particles that can stably obtain a high electrical resistance over a range of low applied voltage to high applied voltage, so that the occurrence of current leakage is suppressed and durability is improved. Can be secured.

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Abstract

飽和磁化及び電気抵抗が高く、且つ、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する分散性に優れるフェライト粒子、該フェライト粒子を含有する樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる樹脂成形体を提供することを目的とする。Ni-Zn-Cu系フェライト粒子は、平均粒径が1~2000nmの単結晶体であり、且つ、多面体状の粒子形状を備え、Niを5~10重量%含有し、Znを15~30重量%含有し、Cuを1~5重量%含有し、Feを25~50重量%含有することを特徴とする。

Description

Ni-Zn-Cu系フェライト粒子、樹脂組成物及び樹脂成形体
 本発明は、Ni-Zn-Cu系フェライト粒子、該フェライト粒子を含有する樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる樹脂成形体に関する。
 従来、電子機器への配線、ケーブル等に用いられるフレキシブルプリント配線材料として、平均粒径が1~10μmの酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミ等のフィラーを含有する樹脂フィルムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 このような樹脂フィルムは、例えば、樹脂と水系又は溶剤系の溶媒とを含む樹脂組成物にフィラーを分散させた後、フィラーを含有する当該樹脂組成物を基材上に塗布し、溶媒を揮発させ樹脂を硬化させることにより形成される。そして、樹脂フィルム上に銅層等の金属層を積層することによって、金属配線が形成される。このとき、金属層を積層する際には土台として作用する樹脂フィルムが必要である一方、金属層を積層した後には金属配線の形状に応じて不要になった樹脂フィルムを取り除く必要がある。
 そこで、樹脂フィルムの除去を簡便且つ効率よく行うために、フィラーとして酸化ケイ素等に代えてフェライト粒子を用い、樹脂フィルムに対して磁場を印加することによって樹脂フィルムを吸着して除去することが考えられる。
 上記フェライト粒子として、例えば、特許文献2に開示された、平均粒径が20~50μmであり磁化(飽和磁化)が約60Am/kgであるMn-Mg系フェライト粒子を用いることが考えられる。さらに、上記フェライト粒子として、例えば、特許文献3に開示された、平均粒径が1~2000nmであって真球状の粒子形状を備えるMn-Mg系フェライトを用いることが考えられる。
 また、フェライト粒子を含有する樹脂フィルムをフレキシブルプリント配線材料として用いた際に電流リークの発生を抑制して耐久性を確保するためには、フェライト粒子が高抵抗であることが望まれる。
日本国特許出願 特開2014-074133号公報 日本国特許出願 特開2008-216339号公報 日本国特許出願 国際公開第2016/043051号
 しかしながら、特許文献2~3に開示されたフェライト粒子を樹脂フィルム等の樹脂成形体に用いた場合には、フェライト粒子の樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対して十分な分散性を得られなかったり、フェライト粒子によって樹脂成形体の表面に凹凸が生じるという問題がある。また、特許文献2~3に開示されたフェライト粒子は、高印加電圧時に高抵抗を得られないという問題がある。
 本発明の課題は、飽和磁化及び電気抵抗が高く、且つ、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する分散性に優れるフェライト粒子、該フェライト粒子を含有する樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる樹脂成形体を提供することを目的とする。
 本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、平均粒径が1~2000nmの単結晶体であり、且つ、多面体状の粒子形状を備え、Niを5~10重量%含有し、Znを15~30重量%含有し、Cuを1~5重量%含有し、Feを25~50重量%含有することを特徴とする。
 上記Ni-Zn-Cu系フェライト粒子は、その表面に前記Znが偏析していることが好ましい。
 上記Ni-Zn-Cu系フェライト粒子は、その表面に前記Cuが偏析していることが好ましい。
 本発明に係る樹脂組成物は、上記Ni-Zn-Cu系フェライト粒子をフィラーとして含有することを特徴とする。
 本発明に係る樹脂成形体は、上記樹脂組成物からなることを特徴とする。
 本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、Niを5~10重量%含有し、Znを15~30重量%含有し、Cuを1~5重量%含有し、Feを25~50重量%含有することにより、適度な飽和磁化と高い電気抵抗とを両立して得ることができ、さらに低い残留磁化を得ることができる。また、本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、平均粒径が1~2000nmと小さく、且つ、残留磁化が低いことにより、粒子同士の凝集を低くすることができるので、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する優れた分散性を得ることができる。また、本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、Znを含有することで多面体の粒子形状とすることができる。また、本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、透磁率の絶対値は低いものの、粒径が非常に小さく、且つ、単結晶体であることにより、周波数特性に優れるだけでなく、低周波側から高周波側までの幅広い帯域においてほぼ一定の透磁率を得ることができる。さらに、本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、当該フェライト粒子をフィラーとして含有する樹脂成形体に好適に用いたときに、当該フェライト粒子の凝集を防いで平滑な表面を得ることができる。
図1は、実施例1のフェライト粒子のSTEM観察による二次電子像(倍率20万倍)の画像である。 図2は、実施例1のフェライト粒子のTEM像(倍率20万倍)の画像である。 図3は、実施例1のフェライト粒子のEDX分析結果を示すグラフである。 図4は、実施例1及び比較例1のフェライト粒子における複素透磁率の実部μ´の周波数依存性を示すグラフである。
 以下、本発明を実施するための形態について説明する。
 <本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子>
 本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子(以下、「フェライト粒子」と記載する)は、下記に示すように、特定のフェライト組成を有することにより、適度な飽和磁化と高い電気抵抗とを両立して得ることができ、さらに残留磁化を低くすることができる。そして、本発明に係るフェライト粒子は、特定の範囲の平均粒径を有し、残留磁化が低いことにより、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する優れた分散性を得ることができる。また、本発明に係るNi-Zn-Cu系フェライト粒子は、Znを含有することで多面体の粒子形状とすることができる。また、本発明に係るフェライト粒子は、透磁率の絶対値は低いが、単結晶体であることにより、交流磁場によって生成された磁壁が粒界面を通過することがないため、周波数特性に優れるだけでなく、磁壁の共鳴による透磁率の極大は見られるものの低周波側から高周波側までの幅広い帯域においてほぼ一定の透磁率を得ることができる。
 (平均粒径)
 本発明に係るフェライト粒子は、平均粒径が1~2000nmである。平均粒径が1nm未満では、表面処理を行ったとしても粒子が凝集してしまい、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する優れた分散性を得ることができない。一方、平均粒径が2000nmを超えると、上記分散性を確保できるものの、フェライト粒子を含有する成形体を構成したときに、フェライト粒子の存在によって成形体の表面に凹凸が生じることがある。成形体が電子機器への配線、ケーブル等に用いられるフレキシブルプリント配線材料である場合には、その表面に形成される金属配線が上記凹凸によって損傷するおそれがある。フェライト粒子の平均粒径は、好ましくは1~800nmであり、さらに好ましくは1~300nmである。
 (結晶形態)
 本発明に係るフェライト粒子は、その形態が単結晶体である。多結晶体であるフェライト粒子の場合には、焼成による結晶成長の過程で1粒子内の微細構造において結晶粒界が生じてしまう。その結果、交流磁場により生成された磁壁が粒界面を通過するときに結晶粒界で磁壁が足止めされるため周波数特性が劣ってしまうことがある。これに対し、単結晶体であるフェライト粒子の場合には、交流磁場により生成された磁壁が粒界面を通過することがないため周波数特性に優れるだけでなく、磁壁の共鳴による透磁率の極大は見られるものの低周波側から高周波側までの幅広い帯域においてほぼ一定の透磁率を得ることができる。
 (粒子形状)
 本発明に係るフェライト粒子は、Znを含有することで多面体形状とすることができる。これは、Znの飽和蒸気圧が高いためにフェライト粒子の成長時にZnが粒子内部から外部に放出され、そのときZnがフラックスとして機能するために単結晶となり、生成した粒子は結晶構造を反映して多面体形状となったと考えられる。
 (組成)
 本発明に係るフェライト粒子は、Ni-Zn-Cu系フェライト粒子であり、当該フェライト粒子は、Niを5~10重量%含有し、Znを15~30重量%含有し、Cuを1~5重量%含有し、Feを25~50重量%含有する。本発明に係るフェライト粒子は、上記組成を有するNi-Zn-Cu系フェライト粒子であることにより、後述するように、高い飽和磁化と低い残留磁化とを両立して得ることができ、さらに、低印加電圧~高印加電圧の範囲に亘って高い電気抵抗を安定して得ることができる。
 Niの含有量が5重量%未満の場合には、電気抵抗が低くなるため好ましくない。一方、Niの含有量が10重量%超の場合には、相対的にZnの含有量が多くなりすぎるため、飽和磁化を高くすることができない。
 Znの含有量が15重量%未満の場合には、フェライト粒子の表面にZnを十分に偏析させることができず、低印加電圧時の抵抗が低くなる。さらに、多面体形状になりにくいおそれがある。一方、Znの含有量が30重量%超の場合には、相対的にNiの含有量が少なくなるため、飽和磁化を高くすることができない。
 Cuの含有量が1重量%未満の場合には、フェライト粒子の表面にCuを十分に偏析させることができず、低印加電圧時の抵抗が低くなる。一方、Cuの含有量が5重量%超の場合には、相対的にNiの含有量が少なくなるため、飽和磁化を高くすることができない。
 Feの含有量が25重量%未満の場合には、Feの絶対量が少ないため、フェライト成分が生成されず、飽和磁化を高くすることができない。一方、Feの含有量が45重量%超の場合には、フェライト粒子の残留磁化が高くなり、フェライト粒子同士が凝集しやすくなり、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に当該フェライト粒子を均一に分散させるのが困難なことがある。
 本発明に係るフェライト粒子は、その表面にZnが偏析していることが好ましい。フェライト粒子の内部にもZnは存在するが、表面にZnが偏析していることにより、後述する電気抵抗をより高くすることができる。
 本発明に係るフェライト粒子は、その表面にCuが偏析していることが好ましい。フェライト粒子の内部にもCuは存在するが、表面にCuが偏析していることにより、電気抵抗をより高くすることができる。Cuの表面偏析は、Znが表面偏析している領域で起きていてもよく、Znが表面偏析していない領域で起きていてもよい。
 (飽和磁化)
 本発明に係るフェライト粒子は、上記組成のNi-Zn-Cu系フェライト粒子であることにより、適度な飽和磁化を得ることができる。このため、当該フェライト粒子を用いて樹脂成形体を構成したときに、磁場の印加によって当該樹脂成形体を吸着することができる。当該フェライト粒子は、飽和磁化が20~60Am/kgの範囲であることが好ましい。飽和磁化が20Am/kg未満では、磁場の印加による上記樹脂成形体の吸着が困難なことがある。一方、上述した平均粒径を有するNi-Zn-Cu系フェライト粒子においては、60Am/kgを超える飽和磁化を実現するのは困難である。
 (残留磁化)
 本発明に係るフェライト粒子は、上記組成のNi-Zn-Cu系フェライト粒子であることにより、低い残留磁化を得ることができる。このため、当該フェライト粒子は、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する優れた分散性を得ることができる。当該フェライト粒子は、残留磁化が5Am/kg以下であることが好ましい。残留磁化が5Am/kgを上回ると、フェライト粒子同士が凝集しやすくなり、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に当該フェライト粒子を均一に分散させるのが困難になることがある。
 (粉体抵抗)
 本発明に係るフェライト粒子は、上記組成のNi-Zn-Cu系フェライト粒子であることにより、粉体抵抗(電気抵抗)を得ることができる。このため、当該フェライト粒子を含む樹脂成形体を用いてプリント配線材料を構成したときに、電流リークの発生を防ぐと共に耐久性を確保することができる。粉体抵抗は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であることが好ましい。
 低印加電圧時に低抵抗であると、フェライト粒子の粒子表面に電流が流れやすいため、当該フェライト粒子をフィラーとして含有する樹脂成形体では局所的なピンホールや膜厚が薄い領域で電流が流れやすくなる。その結果、当該フェライト粒子を含む樹脂フィルムをフレキシブルプリント配線材料として用いたとき、プリント配線材料周辺の部品への電流リークが生じやすくなるという問題がある。また、高印加電圧時に高抵抗であると、フェライト粒子の1粒子全体に流れる電流の影響を受けやすいため、当該フェライト粒子を含有する樹脂成形体全体が過電流となって、当該樹脂成形体が変形しやすくなるという問題がある。以上のことから、フェライト粒子の粉体抵抗は、印加電圧が200~1000Vの範囲に亘って、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であることがさらに好ましい。
 (BET比表面積)
 本発明に係るフェライト粒子は、BET比表面積が1~30m/gであることが好ましい。BET比表面積が1m/g未満では、フェライト粒子を含有する樹脂組成物を構成したときに、粒子表面と樹脂組成物との親和性が不十分となり、粒子表面に存在する樹脂組成物が局所的に盛り上がることがあり、この樹脂組成物を用いて成形体を構成したときに、成形体の表面に凹凸が生じることがある。
 <フェライト粒子の製造方法>
 次に、上記フェライト粒子の製造方法について説明する。
 上記フェライト粒子は、Fe、Ni、Zn及びCuを含むフェライト原料を大気中で溶射してフェライト化し、続いて急冷凝固した後に、粒径が所定範囲内の粒子のみを回収することにより、製造することができる。
 上記フェライト原料を調製する方法は、特に制限はなく、従来公知の方法が採用することができ、乾式による方法を用いてもよく、湿式による方法を用いてもよい。
 フェライト原料(造粒物)の調製方法の一例を挙げると、Fe原料、Ni原料、Zn原料及びCu原料を所望のフェライト組成となるように適量秤量した後、水を加えて粉砕しスラリーを作製する。作製した粉砕スラリーをスプレードライヤーで造粒し、分級して所定粒径の造粒物を調製する。造粒物の粒径は、得られるフェライト粒子の粒径を考慮すると0.5~10μm程度が好ましい。また、他の例としては、組成が調製されたフェライト原料を混合し、乾式粉砕を行い、各原材料を粉砕分散させ、その混合物をグラニュレーターで造粒し、分級して所定粒径の造粒物を調製する。
 このようにして調製された造粒物を大気中で溶射してフェライト化する。溶射には、可燃性ガス燃焼炎として燃焼ガスと酸素との混合気体を用いることができ、燃焼ガスと酸素の容量比は1:3.5~6.0である。可燃性ガス燃焼炎における酸素の割合が燃焼ガスに対して3.5未満では、溶融が不十分となることがあり、酸素の割合が燃焼ガスに対して6.0を超えると、フェライト化が困難となる。例えば燃焼ガス10Nm/hrに対して酸素35~60Nm/hrの割合で用いることができる。
 上記溶射に用いられる燃焼ガスとしては、プロパンガス、プロピレンガス、アセチレンガス等を用いることができ、特にプロパンガスを好適に用いることができる。また、造粒物を可燃性ガス燃焼中に搬送するために、造粒物搬送ガスとして窒素、酸素又は空気を用いることができる。搬送される造粒物の流速は、20~60m/secが好ましい。また、上記溶射は、温度1000~3500℃で行うことが好ましく、2000~3500℃で行うことがより好ましい。
 続いて、溶射によってフェライト化されたフェライト粒子を、大気中で空気給気による気流に乗せて搬送することによって急冷凝固した後に、平均粒径が1~2000nmであるフェライト粒子を捕集し回収する。前記捕集は、例えば、急冷凝固したフェライト粒子を空気給気による気流に乗せて搬送し、粒径が上記範囲を超えるフェライト粒子については気流の途中で落下させ、上記範囲の粒径を備えるフェライト粒子を気流の下流側に設けたフィルターによって捕集する方法により行うことができる。
 その後、回収したフェライト粒子について、必要に応じて分級を行い、所望の粒径に粒度調整する。分級方法としては、既存の風力分級、メッシュ濾過法、沈降法等を用いることができる。なお、サイクロン等で、粒径の大きい粒子を除去することも可能である。
 また、得られたフェライト粒子に対して、カップリング剤で表面処理を施すことが好ましい。カップリング剤で表面処理することにより、フェライト粒子の樹脂、溶媒又は樹脂組成物への分散性をより向上することができる。カップリング剤としては、各種シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤を用いることができ、より好ましくはデシルトリメチキシシラン、n-オクチルトリエトキシシランを用いることができる。表面処理量は、フェライト粒子のBET比表面積にもよるが、シランカップリング剤換算でフェライト粒子に対して0.05~8重量%であるのが好ましい。
 <本発明に係るフェライト粒子の用途>
 本発明に係るフェライト粒子は、例えば、フレキシブルプリント配線材料用の樹脂成形体に用いることができる。まず、フェライト粒子を、樹脂と水系又は溶剤系の溶媒とを含む樹脂組成物に添加し、撹拌、混合することにより、樹脂組成物中にフェライト粒子を分散させる。続いて、得られたフィラーを含有する樹脂組成物を基材上に塗布し、溶媒を揮発させ樹脂を硬化させることにより、樹脂成形体を作製することができる。
 上記フェライト粒子は、上記樹脂成形体において磁性フィラーとして作用する。フェライト粒子は飽和磁化が高く且つ残留磁化が低いので、樹脂成形体上に金属層を積層して金属配線を形成する際に、磁場を印加することにより、不要となった樹脂フィルムを吸着して除去することができる。
 上記フェライト粒子は、低印加電圧~高印加電圧の範囲に亘って高い電気抵抗を安定して得ることができるので、当該フェライト粒子を含有する樹脂成形体をフレキシブルプリント配線材料として用いた際に、電流リークの発生を抑制して耐久性を確保することができる。
 また、本発明に係るフェライト粒子は、フレキシブルプリント配線材料用樹脂成形体に限定されるものでなく、種々の用途に用いることができる。フェライト粒子をフィラー、特に磁性フィラーと用いてもよく、成型体用原料として用いてもよい。フェライト粒子を成型用原料として用いる場合には、成型、造粒、塗工等を行うことができ、焼成を行ってもよい。また、上述したとおり、当該フェライト粒子は、周波数特性に優れ、1MHz~2GHzの周波数帯域において、ほぼ一定の透磁率を得ることができるので、電磁波シールド材料としても使用可能である。
 以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説明する。
 1.フェライト粒子の作製
 〔実施例1〕
 酸化鉄(Fe)、酸化ニッケル(NiO)、酸化亜鉛(ZnO)及び酸化銅(CuO)をモル比で44.9:16.7:33.4:5.1の割合で計量し、混合した。水を加えて粉砕し固形分50重量%のスラリーを作製した。作製されたスラリーをスプレードライヤーで造粒し、分級して平均粒径5μmの造粒物を作製した。
 次に、得られた造粒物をプロパン:酸素=10Nm/hr:35Nm/hrの可燃性ガス燃焼炎中に流速約40m/secの条件で溶射を行うことによりフェライト化し、続いて、空気給気による気流に乗せて搬送することによって大気中で急冷した。このとき、造粒物を連続的に流動させながら溶射したため、溶射・急冷後の粒子は互いに結着することなく独立していた。続いて、冷却された粒子を気流の下流側に設けたフィルターによって捕集した。このとき、粒径が大きい粒子は、気流の途中で落下したため、フィルターによって捕集されなかった。次に、捕集された粒子について、分級によって粒径が2000nmを超える粗粉を除去し、フェライト粒子を得た。すなわち、得られたフェライト粒子は、最大粒径が2000nm以下であった。表1に製造条件を示す。
 〔実施例2〕
 本実施例では、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛及び酸化銅をモル比で45.6:12.3:35.4:6.8とした以外は、実施例1と同様にしてフェライト粒子を作製した。
 〔比較例1〕
 本比較例では、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛及び酸化銅をモル比で43.22:6.17:43.69:6.64として混合した以外は、実施例1と全く同一にして造粒物を得た。続いて、本比較例で得られた造粒物を用いた以外は、実施例1と全く同一にしてフェライト粒子を作製した。
 〔比較例2〕
 本比較例では、まず、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛及び酸化銅をモル比で70.0:12.0:15.0:3.0として混合した以外は、実施例1と全く同一にして造粒物を得た。続いて、得られた造粒物を匣鉢に収容し、電気炉で1200℃、4時間、酸素濃度0体積%の窒素雰囲気下で焼成してフェライト化することにより、匣鉢の形状に即した塊となった焼成物を得た。得られた焼成物を大気中で急冷し、冷却された焼成物を乳鉢で磨砕することによって粉砕し、フェライト粒子を作製した。
 〔比較例3〕
 本比較例では、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛及び酸化銅をモル比で44.9:16.7:38.0:5.1として混合した以外は、実施例1と全く同一にして造粒物を得た。続いて、本比較例で得られた造粒物を用い、実施例1と全く同一にして溶射した後に、冷却された粒子を気流に乗せることなく直接捕集した(全て捕集した)以外は、実施例1と同様にしてフェライト粒子を作製した。
 〔比較例4〕
 本比較例では、酸化鉄及び二酸化マンガン(MnO)をモル比で80:20として混合した以外は、実施例1と全く同一にして造粒物を得た。続いて、本比較例で得られた造粒物を用いた以外は、実施例1と全く同一にしてフェライト粒子を作製した。
 〔比較例5〕
 本比較例では、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化マグネシウム(MgO)及び酸化ストロンチウム(SrO)をモル比で50:40:10:1.25として混合した以外は、実施例1と全く同一にして造粒物を得た。続いて、本比較例で得られた造粒物を用いた以外は、実施例1と全く同一にしてフェライト粒子を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 2.塗膜作成用インクの調製及び樹脂成形体の作製
 実施例1~2及び比較例1~5で得られたフェライト粒子をフィラーとして含有する樹脂成形体を作製するために、まず、次のようにして、当該フェライト粒子を含有する樹脂組成物としての塗膜作成用インクを調製した。
 実施例1~2及び比較例1~5のフェライト粒子をエポキシ系樹脂と混合し、塗膜作成用インクを調製した。塗膜作成用インクの調製は、フェライト粒子65重量部と、エポキシ系樹脂を樹脂固形分換算で12重量部と、トルエン48重量部とを混合し、ホモジナイザーを用いて分散させることによって行った。
 次に、得られた塗膜作成用インクを用い、ベーカー式アプリケーター(SA-201、テスター産業株式会社)によって、基材としてのPETフィルム或いはガラス板上に塗膜を形成した。塗膜厚さは4mil(101.6μm)とし、塗膜幅は10cmとした。その後、溶媒を乾燥させ樹脂を硬化させることにより、樹脂成形体としての樹脂フィルムを得た。
 3.フェライト粒子の評価方法
 得られた実施例1~2及び比較例1~5のフェライト粒子について、化学分析を行うと共に、粉体特性(結晶形態、粒子形状、平均粒径、BET比表面積、表面偏析元素)、磁気特性(飽和磁化、残留磁化)及び電気特性(体積抵抗率)を評価した。各測定方法は以下のとおりである。結果を表2に示す。体積抵抗率は印加電圧200V及び1000Vにおける値を示す。
 (化学分析)
 フェライト粒子における金属成分の含有量は、次のようにして測定した。まず、フェライト粒子0.2gを秤量し、純水60mLに1Nの塩酸20mL及び1Nの硝酸20mLを加えたものを加熱し、フェライト粒子を完全溶解させた水溶液を調製した。得られた水溶液をICP分析装置(ICPS-1000IV、株式会社島津製作所)にセットし、フェライト粒子における金属成分の含有量を測定した。なお、表2中の「<0.01」という記載は、測定誤差であるか、又は、原料や製造工程等に由来する不可避的不純物として存在することを意味している。
 (結晶形態)
 フェライト粒子の結晶形態は、走査透過電子顕微鏡HD-2700 Cs-corrected STEM(株式会社日立ハイテクノロジー製)を用いて観察した。加速電圧は200kVとした。図1に、実施例1のフェライト粒子のSTEM観察による二次電子像(倍率20万倍)の画像を示す。
 (粒子形状)
 フェライト粒子の形状は、透過型電子顕微鏡HF-2100 Cold-FE-TEM(株式会社日立ハイテクノロジー製)を用いて観察した。加速電圧は200kVとした。図2に、実施例1のフェライト粒子のTEM像(倍率20万倍)の画像を示す。
 (平均粒径)
 実施例1~2及び比較例2~3のフェライト粒子については、水平フェレ径を平均粒径とした。比較例1、4~5のフェライト粒子については、体積平均粒径を平均粒径とした。
 (水平フェレ径)
 得られたフェライト粒子について、走査型電子顕微鏡FE-SEM(SU-8020、株式会社日立ハイテクノロジーズ)を用いて倍率20万倍で撮影した。このとき、フェライト粒子を100粒子以上カウント可能な視野において撮影した。撮影したSEM画像に対して画像解析ソフト(Image-Pro PLUS、メディアサイバネティクス(MEDIA CYBERNETICS)社)を用いて画像解析を行った。得られた各粒子の画像についてマニュアル測定によって各粒子の水平フェレ径を測定し、平均粒径とした。
 (体積平均粒径)
 得られたフェライト粒子10gを、分散媒としての水80mLと共にビーカーにいれ、分散剤としてのヘキサメタリン酸ナトリウムを2~3滴添加した。次いで、得られた溶液に対して、超音波ホモジナイザー(UH-150、株式会社エスエムテー)によって、出力レベル4で20秒間発振させることにより、溶液中にフェライト粒子を分散させた。次に、ビーカー表面に生じた泡を取り除いた後、固液分離し、フェライト粒子を回収した。回収したフェライト粒子について、マイクロトラック粒度分析計(Model9320-X100、日機装株式会社)を用いて体積平均粒径を測定した。
 (BET比表面積)
 BET比表面積の測定は、比表面積測定装置(Macsorb HM model-1208、株式会社マウンテック)を用いて行った。まず、得られたフェライト粒子約10gを薬包紙に載せ、真空乾燥機で脱気して真空度が-0.1MPa以下であることを確認した後に、200℃で2時間加熱することにより、フェライト粒子の表面に付着している水分を除去した。続いて、水分が除去されたフェライト粒子を当該装置専用の標準サンプルセルに約0.5~4g入れ、精密天秤で正確に秤量した。続いて、秤量したフェライト粒子を当該装置の測定ポートにセットして測定した。測定は1点法で行った。測定雰囲気は、温度10~30℃、相対湿度20~80%(結露なし)であった。
 (表面偏析元素)
 フェライト粒子を上述の走査透過電子顕微鏡によって観察した像(STEM像)に対し、エネルギー分散型X線分析(EDX)を行った。分析には、EDAX Octane T Ultra W(AMETEK社製)を用いた。図3に、実施例1のフェライト粒子のEDX分析結果を示す。
 (磁気特性)
 磁気特性の測定は、振動試料型磁気測定装置(VSM-C7-10A、東英工業株式会社)を用いて行った。まず、得られたフェライト粒子を内径5mm、高さ2mmのセルに充填し、上記装置にセットした。上記装置において、磁場を印加し、5K・1000/4π・A/mまで掃引した。次いで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作成した。このカーブにおいて、印加磁場が5K・1000/4π・A/mであるときの磁化を飽和磁化とし、印加磁場が0K・1000/4π・A/mであるときの磁化を残留磁化とした。
 (粉体抵抗)
 粉体抵抗の測定は次のように行った。まず、断面積が4cmのフッ素樹脂製のシリンダーに高さ4mmとなるように試料(フェライト粒子)を充填した後、両端に電極を取り付け、さらにその上から1kgの分銅を乗せた状態とした。続いて、ケースレー社製6517A型絶縁抵抗測定器を用いて、上記電極に測定電圧(200V及び1000V)を印加し60秒後の電気抵抗を測定し、体積抵抗率を算出した。
 (透磁率)
 透磁率の測定は、アジレントテクノロジー社製E4991A型RFインピーダンス/マテリアル・アナライザ 16454A磁性材料測定電極を用いて行った。まず、フェライト粒子9gとバインダー樹脂(Kynar301F:ポリフッ化ビニリデン)1gとを100ccのポリエチレン製容器に収容し、100rpmのボールミルで30分間撹拌して混合した。撹拌終了後、得られた混合物0.6g程度を、内径4.5mm、外径13mmのダイスに充填し、プレス機で40MPaの圧力で1分間加圧した。得られた成形体を熱風乾燥機によって温度140℃で2時間加熱硬化させることにより、測定用サンプルを得た。そして、測定用サンプルを測定装置にセットする共に、事前に測定しておいた測定用サンプルの外径、内径、高さを測定装置に入力した。測定は、振幅100mVとし、周波数1MHz~3GHzの範囲を対数スケールで掃引し、複素透磁率の実部μ’を測定した。但し、周波数2GHzを超える周波数帯域では測定冶具の影響が大きく測定不能であった。得られたグラフを図4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 4.塗膜作製用インク及び樹脂フィルムの評価方法
 実施例1~2及び比較例1~3で得られたフェライト粒子を用いた塗膜作成用インク、及び、当該塗膜作成用インクを用いて形成された樹脂成形体について、次のように評価した。結果を表3に示す。
 (分散性)
 実施例1~2及び比較例1~5で得られたフェライト粒子を用いた塗膜作成用インクについて、撹拌の際に均一に分散するまでに要した時間から、フェライト粒子の樹脂組成物に対する分散性を評価した。表2中の各記号の意味は以下のとおりである。尚、均一に分散されたか否かの判定は、目視によって行った。
  ○:均一に分散するまでの撹拌時間が5分間未満。
  △:均一に分散するまでの撹拌時間が5分間以上30分間未満。
  ×:均一に分散するまでの撹拌時間が30分間以上。
 (表面平滑性)
 上記塗膜作成用インクを用いて形成された樹脂成形体について、マイクロメーターを使用して膜厚を測定した。測定は、位置を変えて9回行った。そして、最大膜厚を最小膜厚との差(最大膜厚-最小膜厚)を算出し、その差から樹脂成形体の表面平滑性を評価した。表2中の各記号の意味は以下のとおりである。
  ○:最大膜厚-最小膜厚=10μm以下。
  △:最大膜厚-最小膜厚=10μmより大且つ20μm未満。
  ×:最大膜厚-最小膜厚=20μm以上。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 5.フェライト粒子の評価結果
 図1に示すように、実施例1のフェライト粒子は多面体状の粒子形状を備えることが明らかである。図2に示すように、実施例1のフェライト粒子の内部に結晶粒界が観察されないことから、実施例1のフェライト粒子は単結晶体であることが明らかである。表1に示すように、実施例1のフェライト粒子は、平均粒径が1~2000nmの範囲内であった。また、実施例2のフェライト粒子についても、実施例1のフェライト粒子と同様の結果が得られた。
 表2に示すとおり、実施例1~2のフェライト粒子は、金属成分がFe、Ni、Zn及びCuからなり、Niの含有量が5~10重量%の範囲内であり、Znの含有量が15~30重量%の範囲内であり、Cuの含有量が1~5重量%の範囲内であり、Feの含有量が25~45重量%の範囲内であった。実施例1及び実施例2のフェライト粒子に含まれるMn及びSrは、原料や製造工程等に由来する不可避的不純物であると考えられる。なお、実施例1~2のフェライト粒子は、上述した金属以外の金属成分については検出限界以下であった。
 また、実施例1~2のフェライト粒子は、飽和磁化が20Am/kg以上、残留磁化が5Am/kg以下であり、印加電圧200V及び1000Vにおける体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であった。従って、実施例1~2のフェライト粒子は、飽和磁化が高く、且つ、低印加電圧~高印加電圧の範囲に亘って高い電気抵抗を安定して得ることができ、さらに、残留磁化が低いことが明らかである。
 図3は、実施例1のフェライト粒子のEDX分析結果を示すグラフである。横軸は粒子外表面から内部に向かって掃引された電子線の移動距離(単位:μm)を示し、縦軸は酸素、鉄、ニッケル、銅及び亜鉛の強度を示している。図3の横軸0.004μm付近で各線が立ち上がっていることから、横軸0.004μm付近がフェライト粒子の表面に相当すると考えられる。図3に示すように、亜鉛を示す線は、横軸が0.004~0.006μmの範囲で強度が極大値を示し、0.006μm以上では強度が低下している。この結果から、フェライト粒子の外表面の亜鉛含有量は内部よりも多く、フェライト粒子の外表面から深さ0.002μmまでの領域に亜鉛が偏析していることが明らかである。また、銅を示す線は、横軸が0.004~0.006μmの範囲で強度が極大値を示し、0.006μm以上では強度が低下している。この結果から、フェライト粒子の外表面の銅含有量は内部よりも多く、フェライト粒子の外表面から深さ0.002μmまでの領域に銅が偏析していることが明らかである。実施例2のフェライト粒子についても、図3と同様の結果が得られた。
 一方、比較例1のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と同様に、平均粒径が1~2000nmの単結晶体であり、且つ多面体状の粒子形状を備えることが確認された。また、比較例1のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と比較して、飽和磁化が低く、印加電圧200Vでの体積抵抗率が低かった。これは、比較例1では、実施例1~2と比較して、鉄の含有量が小さく亜鉛の含有量が大きいことが原因であると考えられる。
 比較例2のフェライト粒子は、多面体の粒子形状を備えるが、実施例1~2のフェライト粒子とは異なり、平均粒径が0.24μmと大きい多結晶体であることが確認された。これは、比較例2では、電気炉による焼成を行ったためであると考えられる。
 比較例3のフェライト粒子は、単結晶体からなる粒子と多結晶体からなる粒子が混在しており、実施例1~2のフェライト粒子と比較して、平均粒径が大きかった。これは、比較例3では、溶射・冷却されたフェライト粒子を全て捕集したために、粒径が大きい粒子まで含まれることとなり、平均粒径が大きくなったと考えられる。
 Mn系フェライト粒子である比較例4のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と同様に、平均粒径が1~2000nmの単結晶体であったが、粒子形状が真球状であった。また、比較例4のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と比較して、残留磁化が高く、印加電圧200V及び1000Vでの体積抵抗率が低かった。
 Mn-Mg系フェライト粒子である比較例5のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と同様に、平均粒径が1~2000nmの単結晶体であったが、粒子形状が真球状であった。また、比較例5のフェライト粒子は、実施例1~2のフェライト粒子と比較して、残留磁化が高く、印加電圧1000Vでの体積抵抗率が低かった。
 図4に、実施例1及び比較例1の複素透磁率の実部μ’の周波数依存性を示すグラフを示す。図4から、実施例1のフェライト粒子は、複素透磁率の実部μ’の値自体は低いものの、周波数変動が小さく1MHz~2GHzの周波数帯域でほぼ一定の値を示すことが明らかである。一方、比較例1のフェライト粒子は、実施例1のフェライト粒子と同様に周波数変動が小さいものの、複素透磁率の実部μ’の値が実施例1よりも低いことが明らかである。
 6.塗膜作製用インク及び樹脂成形体の評価結果
 表3に示すとおり、実施例1~2のフェライト粒子は、樹脂組成物に対する分散性に優れていた。よって、実施例1~2のフェライト粒子は、樹脂成形体を製造する際に優れた生産性を確保することができると考えられる。実施例1~2のフェライト粒子が分散性に優れるのは、平均粒径が小さく、且つ、残留磁化が低いためであると考えられる。また、実施例1~2のフェライト粒子を含む塗膜作製用インクは、表面の凹凸が小さく表面平滑性に優れる樹脂成形体を形成することができた。
 一方、比較例2~3のフェライト粒子は、平均粒径が大きいために、樹脂組成物に対する分散性が低く、分散するまでに長時間を要した。また、比較例2のフェライト粒子を含む塗膜作成用インクは、塗膜化することができず、樹脂成形体を形成できなかった。比較例3のフェライト粒子を含む塗膜作成用インクは、表面の凹凸が大きくいびつな樹脂成形体となった。
 比較例4~5のフェライト粒子は、残留磁化が高いために、粒子同士が凝集しやすく、分散するまでに長時間を要した。比較例4~5のフェライト粒子を含む塗膜作成用インクは、表面の凹凸が小さく表面平滑性に優れる樹脂成形体を形成することができた。しかしながら、比較例4~5のフェライト粒子は、塗膜作成用インクを調製する際に長時間を要することから、樹脂成形体を製造する際の生産性が低いと考えられる。
 以上の結果から、実施例1~2のフェライト粒子は、高い飽和磁化と高い電気抵抗とを両立して備えると共に、樹脂組成物に対する分散性が高いことが明らかである。そして、実施例1~2のフェライト粒子は、樹脂成形体を構成したときに優れた表面平滑性を備える樹脂成形体を構成できることが明らかである。
 本発明に係るフェライト粒子は、高い飽和磁化と高い電気抵抗を両立して備えることから、磁気フィラーや成形体原料として好適である。また、当該フェライト粒子は、平均粒径が小さく且つ残留磁化が低いことから、樹脂、溶媒又は樹脂組成物に対する優れた分散性を得ることができる。このため、当該フェライト粒子は、当該フェライト粒子をフィラーとして含有する樹脂組成物を調製し、当該樹脂組成物からなる樹脂フィルム等の成形体を構成したときに、成形体の表面においてフェライト粒子の凝集を防ぎ平滑な表面を得ることができ、さらにその生産性に優れている。
 また、上記フェライト粒子をフィラーとして含有する樹脂組成物又は当該樹脂組成物からなる上記樹脂成形体を電子機器への配線、ケーブル等に用いられるフレキシブルプリント配線材料として用いることにより、金属配線を形成する工程の中で、不要となった上記樹脂成形体を磁場によって吸着し除去することができるため、簡便且つ効率よく金属配線を形成することができる。また、得られたフレキシブル配線材料は、低印加電圧~高印加電圧の範囲に亘って高い電気抵抗を安定して得ることができる上記フェライト粒子を含むので、電流リークの発生を抑制して耐久性を確保することができる。

Claims (5)

  1.  平均粒径が1~2000nmの単結晶体であり、且つ、多面体状の粒子形状を備え、
    Niを5~10重量%含有し、Znを15~30重量%含有し、Cuを1~5重量%含有し、Feを25~50重量%含有することを特徴とするNi-Zn-Cu系フェライト粒子。
  2.  前記Ni-Zn-Cu系フェライト粒子の表面に前記Znが偏析している請求項1記載のNi-Zn-Cu系フェライト粒子。
  3.  前記Ni-Zn-Cu系フェライト粒子の表面に前記Cuが偏析している請求項1又は請求項2記載のNi-Zn-Cu系フェライト粒子。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載のNi-Zn-Cu系フェライト粒子をフィラーとして含有することを特徴とする樹脂組成物。
  5.  請求項4に記載の樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂成形体。
     
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