WO2022009837A1 - 導電性インク - Google Patents

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WO2022009837A1
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尚史 ▲高▼林
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株式会社ダイセル
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    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1283After-treatment of the printed patterns, e.g. sintering or curing methods

Definitions

  • the present disclosure relates to a novel conductive ink, a method for manufacturing an electronic device using the conductive ink, and an electronic device provided with a sintered body of the conductive ink.
  • wiring, etc. Conventionally, the formation of an electronic device (for example, an electronic circuit) provided with wiring, electrodes, etc. (hereinafter, may be referred to as "wiring, etc.") has been performed by an etching method or the like.
  • wiring, etc. a method of directly forming by printing is being studied.
  • bulk silver has a high melting point of 962 ° C, but nano-sized silver particles (silver nanoparticles) fuse with each other at a temperature of about 100 ° C. It is possible to form wiring or the like having excellent conductivity on a general-purpose plastic substrate having a low value. However, the problem with nano-sized metal particles is that they tend to aggregate.
  • Patent Document 1 describes that aggregation is suppressed by coating the surface of silver nanoparticles with amines, and silver nanoparticles whose surface is coated with amines in this way are referred to as n-octane and decalin.
  • the conductive ink obtained by dispersing in a dispersion medium containing 10 to 50% by weight of a hydrocarbon such as tetradecane and 50 to 90% by weight of an alcohol such as n-butanol and cyclohexanemethanol is a dispersion stability of silver nanoparticles. It is described that it is excellent and can be suitably used for forming wiring or the like directly on a substrate by a printing method, and that a sintered body having excellent conductivity can be obtained by sintering the conductive ink. ..
  • the sintered body obtained by using the conductive ink described in Patent Document 1 has low adhesion to the substrate, for example, in order to prevent the sintered body from being damaged during transportation, it is baked during transportation.
  • a protective film may be attached to the surface of the body, but there is a problem that the sintered body is also peeled off from the substrate when the protective film is peeled off.
  • the conductive ink containing metal nanoparticles is required to have the following characteristics 1 to 4. 1. 1. 2. Have a viscosity suitable for coating. 2. It contains metal nanoparticles in a highly dispersed state and has a uniform composition. 3. By subjecting to sintering, a sintered body with excellent conductivity can be obtained. By subjecting to sintering, a sintered body with excellent substrate adhesion can be obtained.
  • a tackifier such as a rubber-like elastic body, a terpene resin, a rosin resin, a petroleum resin, or a silane coupling agent may be added. Conceivable. However, when these are added to the conductive ink, the coatability may be lowered due to the thickening, or the conductivity of the obtained sintered body may be lowered.
  • a method of adding a compound having a hydroxyl group, a carbonyl group, an ether bond, etc. to improve the adhesion of the sintered body to the substrate by interaction such as hydrogen bonding can be considered, but these are added to the conductive ink.
  • the metal nanoparticles tend to aggregate, and it becomes difficult to maintain the composition uniformly. That is, at present, no method has been found for imparting the characteristic 4 (adhesion to the substrate) to the conductive ink without impairing the above-mentioned characteristics 1 to 3.
  • the inventors of the present disclosure disperse metal nanoparticles whose surface is coated with an organic protective agent in a specific dispersion medium, and specify a polyvinyl acetal resin in the conductive ink. It has been found that when the amount is added, excellent conductivity and substrate adhesion can be imparted to the sintered body of the conductive ink without deteriorating the coatability of the conductive ink and the dispersibility of the metal nanoparticles.
  • the invention of the present disclosure has been completed based on these findings.
  • the “nanoparticle” means a particle having a primary particle size (average primary particle diameter) of 0.1 nm or more and less than 1000 nm.
  • the particle size is obtained by a dynamic light scattering method.
  • the boiling point in the present specification is a value under normal pressure (760 mmHg).
  • the present disclosure includes the following components (A), (B), and (C), and the content of the component (C) is 0.1 to 5.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component (A).
  • a conductive ink having a viscosity at 25 ° C. of 100 mPa ⁇ s or less is provided.
  • Component (A) Component: Surface-modified metal nanoparticles (B) having a structure in which the surface of the metal nanoparticles is coated with an organic protective agent
  • Component Dispersion containing alcohol (b-1) and hydrocarbon (b-2)
  • the total content of alcohol (b-1) and hydrocarbon (b-2) is preferably 70% by weight or more of the total amount of component (B).
  • the ratio of the contents of alcohol (b-1) and hydrocarbon (b-2) ((b-1) / (b-2) (weight ratio)) is 50/50 to 95/5. Is preferable.
  • the organic protective agent of the component (A) is a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group, and a thiol group. Is preferable.
  • the organic protective agent of the component (A) is preferably a compound having at least an amino group.
  • the alcohol (b-1) is preferably an alicyclic secondary alcohol and / or an alicyclic tertiary alcohol.
  • the hydrocarbon (b-2) preferably contains an aliphatic hydrocarbon.
  • the weight average molecular weight of the polyvinyl acetal resin as the component (C) is preferably 0.1 ⁇ 10 4 to 30.0 ⁇ 10 4 .
  • the component (C) contains a polyvinyl butyral resin.
  • the polyvinyl acetal resin of the component (C) contains a polyvinyl acetal resin having a peak in the region of 1760 to 1800 cm-1 in the measurement of FT-IR.
  • the volume resistivity of the sintered body obtained by sintering the conductive ink at 120 ° C. for 30 minutes may be 10 ⁇ cm or less.
  • the metal nanoparticles constituting the component (A) are preferably silver nanoparticles.
  • the conductive ink may be used for inkjet printing, dip coating printing, slit coating printing, spin coating printing or spray printing.
  • the conductive ink preferably further contains the following component (D).
  • the dispersion stabilizer of the component (D) is a compound having at least an amino group.
  • the present disclosure comprises a step of mixing the component (B) and the component (C) to prepare a mixed solution.
  • a method for producing the conductive ink which comprises a step of further mixing the component (A) with the mixed solution.
  • the step of mixing the component (B) and the component (C) to prepare a mixed solution preferably further comprises mixing the following component (D).
  • the present disclosure also comprises a step of applying the conductive ink on a substrate by inkjet printing, dip coat printing, slit coat printing, spin coat printing or spray printing, and a step of sintering, and manufacturing an electronic device.
  • a step of applying the conductive ink on a substrate by inkjet printing, dip coat printing, slit coat printing, spin coat printing or spray printing and a step of sintering, and manufacturing an electronic device.
  • the present disclosure provides an electronic device provided with a sintered body of the conductive ink on a substrate.
  • the conductive ink of the present disclosure has a low viscosity and excellent coatability. Further, the conductive ink of the present disclosure is applied to the surface of a substrate and then sintered to form a sintered body having excellent adhesion to the substrate. In addition, the sintered body has excellent conductivity.
  • the conductive ink of the present disclosure contains the following components (A), (B), and (C), and the content of the component (C) is 0.1 to 5.0 with respect to 100 parts by weight of the component (A). It is a part by weight and has a viscosity at 25 ° C. of 100 mPa ⁇ s or less.
  • Component (A) Component: Surface-modified metal nanoparticles (B) having a structure in which the surface of the metal nanoparticles is coated with an organic protective agent
  • Component Dispersion containing alcohol (b-1) and hydrocarbon (b-2)
  • the surface-modified metal nanoparticles (A) in the present disclosure have a structure in which the surface of the metal nanoparticles is coated with an organic protective agent. Therefore, in the surface-modified metal nanoparticles (A) in the present disclosure, the spacing between the metal nanoparticles is secured and aggregation is suppressed. That is, the surface-modified metal nanoparticles (A) in the present disclosure are excellent in dispersibility.
  • the proportion of the organic protective agent in the surface-modified metal nanoparticles (A) is, for example, about 1 to 20% by weight (preferably 1 to 10% by weight) of the weight of the metal nanoparticles.
  • the weights of the metal nanoparticles and the organic protective agent in the surface-modified metal nanoparticles can be obtained, for example, from the weight loss rate in a specific temperature range by subjecting the surface-modified metal nanoparticles to thermal weight measurement.
  • the average primary particle diameter of the metal nanoparticles in the surface-modified metal nanoparticles (A) is, for example, 0.5 to 100 nm, preferably 0.5 to 80 nm, more preferably 1 to 70 nm, and further preferably 1 to 60 nm. be.
  • the average primary particle size is obtained by the dynamic light scattering method described in the examples.
  • the metal constituting the metal nanoparticles in the surface-modified metal nanoparticles (A) may be any metal having conductivity, for example, gold, silver, copper, nickel, aluminum, rhodium, cobalt, ruthenium and the like. Can be mentioned.
  • silver nanoparticles in the present disclosure silver nanoparticles can be fused with each other at a temperature of about 100 ° C. to form wiring or the like having excellent conductivity even on a general-purpose plastic substrate having low heat resistance. Particles are preferred. Therefore, the surface-modified metal nanoparticles in the present disclosure are preferably surface-modified silver nanoparticles, and the conductive ink in the present disclosure is preferably silver ink.
  • a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group, and a thiol group is preferable.
  • a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group, and a thiol group and having 4 to 18 carbon atoms is preferable, and most preferably having at least an amino group. It is a compound, and particularly preferably a compound having 4 to 18 carbon atoms having an amino group (that is, an amine having 4 to 18 carbon atoms).
  • surface-modified metal nanoparticles (A) for example, surface-modified silver nanoparticles can be produced by a production method described later or the like.
  • the dispersion medium (B) in the present disclosure is a dispersion medium for dispersing the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • the dispersion medium (B) contains at least an alcohol (b-1) and a hydrocarbon (b-2).
  • the (b-1) and the (b-2) can each contain one kind alone or two or more kinds in combination.
  • the above (b-1) and (b-2) may be liquid or solid at room temperature and normal pressure by themselves, but the dispersion medium (B) containing both of them is a dispersion medium (B).
  • the conductive ink of the present disclosure contains the above (b-1) and the above (b-2) in combination as the dispersion medium (B), the dispersibility and dispersion of the surface-modified metal nanoparticles (A) Excellent stability.
  • the (b-1) includes a primary alcohol, a secondary alcohol, and a tertiary alcohol.
  • the reactivity of the surface-modified metal nanoparticles (A) with the organic protective agent is low, and the loss of the organic protective agent is suppressed, so that the dispersibility of the surface-modified metal nanoparticles (A) is suppressed.
  • Secondary alcohols and / or tertiary alcohols are particularly preferred in that they can be imparted.
  • the above-mentioned (b-1) includes an aliphatic alcohol, an alicyclic alcohol, and an aromatic alcohol, and among them, the alicyclic type is excellent in the dispersibility of the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • Alcohols ie, alcohols with an alicyclic structure
  • an alicyclic secondary alcohol and / or an alicyclic tertiary alcohol is preferable.
  • the alicyclic alcohol includes a monocyclic alcohol and a polycyclic alcohol, and the monocyclic alcohol is particularly excellent in dispersibility of the surface-modified metal nanoparticles (A) and has low viscosity and applicability. (In the case of coating by the inkjet printing method, it is preferable in that it is excellent in injection stability from the head nozzle).
  • the boiling point of (b-1) is preferably, for example, 130 ° C. or higher, more preferably 170 ° C. or higher, and particularly when the surface-modified metal nanoparticles (A) are contained in a high concentration (for example, the above-mentioned).
  • the content (in terms of metal elements) of (A) is 45% by weight or more of the total amount of the conductive ink) and the like, preferably 185 ° C. or higher, and more preferably 190 ° C. or higher.
  • the upper limit of the boiling point is, for example, 300 ° C, preferably 250 ° C, and particularly preferably 220 ° C. When the boiling point is 130 ° C.
  • volatilization at the printing temperature can be suppressed, and excellent coatability (in the case of coating by the inkjet printing method, injection stability from the head nozzle) can be obtained.
  • the boiling point is 300 ° C. or lower, it rapidly volatilizes even in the case of low temperature sintering, and a sintered body having excellent conductivity can be obtained. That is, it is excellent in low temperature sinterability.
  • the boiling point is lower than the above range, the fluidity of the conductive ink may decrease during coating, making it difficult to form a uniform coating film.
  • the conductive ink solidifies and easily adheres to the nozzle opening of the head, and especially when the injection is performed intermittently, the injection becomes unstable and the desired pattern due to the flight bending. There is a risk that it will be difficult to print accurately, or that the nozzle opening will be clogged and injection will not be possible.
  • Examples of the monocyclic secondary alcohol include cyclohexanol, 2-ethylcyclohexanol, 1-cyclohexanol, 3,5-dimethylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, 2,3,5-.
  • Trimethylcyclohexanol, 3,4,5-trimethylcyclohexanol, 2,3,4-trimethylcyclohexanol, 4- (tert-butyl) -cyclohexanol, 3,3,5,5-tetramethylcyclohexanol, 2- Cyclohexanol which may have a substituent such as isopropyl-5-methyl-cyclohexanol ( menthol) and the corresponding cyclohexanol are preferable, and cyclohexanol having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is particularly preferable. Alternatively, cyclohexanol is preferable, and cyclohexanol having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is particularly preferable.
  • Examples of the monocyclic tertiary alcohol include 1-methylcyclohexanol, 4-isopropyl-1-methylcyclohexanol, 2-cyclohexyl-2-propanol, 2- (4-methylcyclohexyl) -2-propanol and the like.
  • a tertiary alcohol having a 6-7 membered ring (particularly cyclohexane ring) structure is preferred.
  • the (b-1) in particular, containing at least a secondary alcohol (particularly, a monocyclic secondary alcohol) is excellent in the initial dispersibility of the surface-modified metal nanoparticles (A) and is excellent. It is preferable in that the dispersibility can be stably maintained for a long period of time.
  • the content of the secondary alcohol is preferably, for example, 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more, and most preferably 90% by weight, based on the total amount of (b-1). % Or more.
  • the upper limit is 100% by weight.
  • the above (b-2) includes aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons.
  • aliphatic hydrocarbons and / or alicyclic hydrocarbons are particularly preferable in that the surface-modified metal nanoparticles (A) are particularly excellent in dispersibility.
  • the boiling point of (b-2) is preferably, for example, 130 ° C. or higher, more preferably 170 ° C. or higher, still more preferably 190 ° C. or higher, and particularly the surface.
  • the temperature is 200 ° C. or higher. It is preferably 230 ° C. or higher, particularly preferably 250 ° C. or higher, and most preferably 270 ° C. or higher.
  • the upper limit of the boiling point is, for example, 300 ° C.
  • Examples of the aliphatic hydrocarbon include n-decane, n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, n-heptadecane, n-octadecane, n-nonadecane and the like having 10 carbon atoms.
  • n-decane n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, n-heptadecane, n-octadecane, n-nonadecane and the like having 10 carbon atoms.
  • a chain having 12 or more carbon atoms for example, 12 to 20, preferably 12 to 18
  • particularly 14 or more carbon atoms for example, 14 to 20, preferably 14 to 18.
  • Hydrocarbons are preferred.
  • alicyclic hydrocarbon examples include monocyclic compounds such as cyclohexanes, cyclohexenes, terpene-based 6-membered ring compounds, cycloheptane, cycloheptene, cyclooctane, cyclooctene, cyclodecane, and cyclododecene; bicyclo [2.2. 2] Polycyclic compounds such as octane and decalin can be mentioned.
  • the cyclohexanes include, for example, ethylcyclohexane, n-propylcyclohexane, isopropylcyclohexane, n-butylcyclohexane, isobutylcyclohexane, sec-butylcyclohexane, tert-butylcyclohexane, and other 6-membered rings with 2 or more carbon atoms (for example, 2).
  • ⁇ 5 Compound having an alkyl group; Bicyclohexyl and the like are included.
  • the terpene-based 6-membered ring compound includes, for example, ⁇ -pinene, ⁇ -pinene, limonene, ⁇ -terpinene, ⁇ -terpinene, ⁇ -terpinene, terpinene and the like.
  • the above (b-2) preferably contains at least an aliphatic hydrocarbon (particularly preferably a chain aliphatic hydrocarbon, most preferably a chain aliphatic hydrocarbon having 15 or more carbon atoms).
  • the content of the aliphatic hydrocarbon is preferably, for example, 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more, and most preferably 90% by weight, based on the total amount of (b-2). % Or more.
  • the upper limit is 100% by weight.
  • the conductive ink of the present disclosure contains polyvinyl acetal resin (C), which exhibits good solubility in the alcohol (b-1), in an amount of 0.1 to 5.0 weight based on 100 parts by weight of the component (A). Partly contained. Therefore, the adhesiveness of the conductive ink to the sintered body is excellent (particularly, the smoothness of the glass substrate, etc.) without impairing the coatability and the conductivity of the sintered body of the conductive ink. Adhesion to the substrate) can be imparted.
  • the polyvinyl acetal resin (C) of the present disclosure has at least a repeating unit represented by the following formula (c).
  • R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in the above formula (c).
  • the polyvinyl acetal resin (C) contains a polyvinyl butyral resin in which R in the above formula (c) is a propyl group.
  • the polyvinyl acetal resin (C) may have other repeating units other than the repeating unit represented by the above formula (c) (that is, the repeating unit represented by the following formula (c-1)).
  • the polyvinyl acetal resin (C) preferably has, for example, a repeating unit represented by the following formulas (c-1), (c-2), and (c-3).
  • the polyvinyl acetal resin (C) contained in the conductive ink of the present disclosure is not particularly limited, but preferably has a peak in the region of 1760 to 1800 cm-1 in the measurement of FT-IR.
  • the polyvinyl acetal resin (C) has a peak in the region of 1760 to 1800 cm -1 in the measurement of FT-IR, so that the coatability of the conductive ink is improved and the conductivity of the sintered body of the conductive ink is improved. Further, it is possible to improve the substrate adhesion (particularly, the adhesion to a smooth substrate such as a glass substrate) of the sintered body of the conductive ink.
  • the "peak in the region of 1760 to 1800 cm-1 in the measurement of FT-IR” means an absorption peak to which the polyvinyl acetal resin (C) can be assigned to have a desired functional group.
  • the functional group assigned by the characteristic peak appearing in the region of 1760 to 1800 cm-1 in the measurement of FT-IR is not particularly limited, but is, for example, carboxylic acid, its salt, its ester, its anhydride, its chloride. Or, it is preferably derived from other carboxylic acid derivatives.
  • the weight average molecular weight (polystyrene-equivalent molecular weight by GPC) of the polyvinyl acetal resin (C) is, for example, 0.1 ⁇ 10 4 to 30.0 ⁇ 10 4 , preferably 0.5 ⁇ 10 4 to 20.0 ⁇ 10. 4 , particularly preferably 0.5 ⁇ 10 4 to 10.0 ⁇ 10 4 , most preferably 0.5 ⁇ 10 4 to 5.0 ⁇ 10 4 , and particularly preferably 0.5 ⁇ 10 4 to 3.0 ⁇ 10 is four.
  • the molecular weight of the polyvinyl acetal resin (C) is at 0.1 ⁇ 10 4 or more, adhesion to a substrate which is excellent in a sintered body of a conductive ink containing the polyvinyl acetal resin (C) (particularly, such as a glass substrate Adhesion to a smooth substrate) can be imparted. Further, the molecular weight of the polyvinyl acetal resin (C) is a 30.0 ⁇ 10 4 or less, a conductive ink containing the polyvinyl acetal resin (C) has good coating properties, for a short time at a low temperature bake As a result, a sintered body having good conductivity can be obtained.
  • the solubility in the dispersion medium (B) tends to decrease, and even if it is dissolved in the dispersion medium (B), it is difficult to obtain good coatability. Tend to be. Further, when the molecular weight of the polyvinyl acetal resin (C) is lower than the above range, it tends to be difficult to obtain the effect of imparting substrate adhesion even when added to the conductive ink.
  • the glass transition temperature (Tg) of the polyvinyl acetal resin (C) is, for example, 50 to 90 ° C, more preferably 55 to 85 ° C, still more preferably 60 to 80 ° C.
  • the glass transition temperature (Tg) of the polyvinyl acetal resin (C) can be measured by, for example, differential scanning calorimetry (DSC), dynamic viscoelasticity measurement, or the like.
  • the viscosity (measurement temperature 20 ° C.) of the 10 wt% ethanol / toluene solution (ethanol: toluene mixing ratio 1: 1) of the polyvinyl acetal resin (C) is, for example, 5 to 200 mPa ⁇ s, preferably 7 to 100 mPa ⁇ s, particularly. It is preferably 9 to 50 mPa ⁇ s.
  • the viscosity can be measured using a falling ball type viscometer (for example, Lovis2000M) or a rotational viscometer (for example, BM type).
  • the polyvinyl acetal resin (C) can be produced, for example, by reacting polyvinyl alcohol with an aldehyde.
  • polyvinyl acetal resin (C) examples include trade names "Moital B14S”, “Moital B16H”, “Moital B20H” (all manufactured by Kuraray Co., Ltd.) "Eslek BL-1", “Eslek BL-10”, and the like.
  • "ESREC BL-S” "ESREC SV-02”, “ESREC SV-05”, “ESREC SV-06”, “ESREC SV-12”, “ESREC SV-22”, “ESREC SV-16”, “ESREC” “SV-26” (all manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) can be used.
  • a dispersant for example, a dispersant, a surface energy adjuster, a plasticizer, a leveling agent, a defoaming agent, a dispersion stabilizer described later, and the like are added.
  • the agent can be contained as needed.
  • the conductive ink of the present disclosure is, for example, a step of mixing a metal compound and an organic protective agent to form a complex containing the metal compound and the organic protective agent (complex generation step), and a step of thermally decomposing the complex (complex generation step).
  • the surface-modified metal nanoparticles (A) are produced through a thermal decomposition step) and, if necessary, a step of cleaning the reaction product (cleaning step), and dispersed in the obtained surface-modified metal nanoparticles (A). It can be produced through a step of mixing the medium (B) and the polyvinyl acetal resin (C) (a step of preparing a conductive ink).
  • the complex formation step is a step of mixing a metal compound and an organic protective agent to form a complex containing the metal compound and the organic protective agent.
  • a silver compound when used as the metal compound, nano-sized silver particles are fused to each other at a temperature of about 100 ° C., so that they have excellent conductivity even on a general-purpose plastic substrate having low heat resistance. It is preferable to use a silver compound which is easily decomposed by heating to produce metallic silver, because it is possible to form a new wire or the like.
  • silver compounds include silver carboxylate such as silver formate, silver acetate, silver oxalate, silver malonate, silver benzoate, and silver phthalate; silver fluoride, silver chloride, silver bromide, and iodide.
  • Silver halide such as silver; silver sulfate, silver nitrate, silver carbonate and the like can be mentioned.
  • silver oxalate has a high silver content, can be thermally decomposed without using a reducing agent, and is less likely to contain impurities derived from the reducing agent in the conductive ink. preferable.
  • a carboxyl group and a hydroxyl group can be exerted in that an unshared electron pair in a hetero atom coordinates with a metal nanoparticles to strongly suppress aggregation between the metal nanoparticles.
  • a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a group, an amino group, a sulfo group and a thiol group is preferable, and a group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group and a thiol group is particularly preferable.
  • a compound having 4 to 18 carbon atoms having at least one functional group selected from the above is preferable.
  • a compound having an amino group is particularly preferable, and a compound having an amino group having 4 to 18 carbon atoms, that is, an amine having 4 to 18 carbon atoms is most preferable.
  • the amine is a compound in which at least one hydrogen atom of ammonia is substituted with a hydrocarbon group, and includes a primary amine, a secondary amine, and a tertiary amine. Further, the amine may be a monoamine or a polyvalent amine such as a diamine. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the amine is represented by the following formula (a-1), and R 1 , R 2 , and R 3 in the formula are the same or different, and a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group (R 1 , R) is used. 2 and R 3 are both hydrogen atoms), and monoamines (1) having a total carbon number of 6 or more are represented by the following formula (a-1), and R 1 , R 2 and R 3 in the formula A monoamine (2) in which R 3 is the same or different, is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group (except when R 1 , R 2 , and R 3 are all hydrogen atoms) and has a total carbon number of 5 or less.
  • R 4 to R 7 in the formula are the same or different, hydrogen atom or monovalent hydrocarbon group, and R 8 is a divalent hydrocarbon group. It is preferable to contain at least one selected from the diamine (3) having a total carbon number of 8 or less, and in particular, the monoamine (1) and the monoamine (2) and / or the diamine (3). It is preferable to contain them together.
  • the hydrocarbon group includes an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group. Among them, an aliphatic hydrocarbon group and an alicyclic hydrocarbon group are preferable, and a fat is particularly preferable. Group hydrocarbon groups are preferred. Therefore, as the monoamine (1), monoamine (2), and diamine (3), the aliphatic monoamine (1), the aliphatic monoamine (2), and the aliphatic diamine (3) are preferable.
  • the monovalent aliphatic hydrocarbon group includes an alkyl group and an alkenyl group.
  • the monovalent alicyclic hydrocarbon group includes a cycloalkyl group and a cycloalkenyl group.
  • the divalent aliphatic hydrocarbon group includes an alkylene group and an alkenylene group, and the divalent alicyclic hydrocarbon group includes a cycloalkylene group and a cycloalkenylene group.
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group in R 1 , R 2 , and R 3 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, and a pentyl group.
  • Alkyl group having about 1 to 18 carbon atoms such as hexyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group, octadecyl group; vinyl group, allyl group, metallicyl group, 1-propenyl group, isopropenyl group, 1-butenyl group, An alkenyl group having about 2 to 18 carbon atoms such as a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, a 1-pentenyl group, a 2-pentenyl group, a 3-pentenyl group, a 4-pentenyl group, a 5-hexenyl group; a cyclopropyl group, Cycloalkyl groups having about 3 to 18 carbon atoms such as cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group and cyclooctyl group; cycloalkenyl groups having about 3 to 18 carbon atoms such as cycl
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group in R 4 to R 7 include an alkyl group having about 1 to 7 carbon atoms, an alkenyl group having about 2 to 7 carbon atoms, and a cyclo having about 3 to 7 carbon atoms in the above examples. Examples thereof include an alkyl group and a cycloalkenyl group having about 3 to 7 carbon atoms.
  • Examples of the divalent hydrocarbon group in R 8 include a methylene group, a methylmethylene group, a dimethylmethylene group, an ethylene group, a propylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a heptamethylene group and the like having 1 carbon atom.
  • the hydrocarbon groups in R 1 to R 8 are various substituents [for example, halogen atom, oxo group, hydroxyl group, substituted oxy group (for example, C 1-4 alkoxy group, C 6-10 aryloxy group, C). 7-16 aralkyloxy group, C 1-4 acyloxy group, etc.), carboxyl group, substituted oxycarbonyl group (eg, C 1-4 alkoxycarbonyl group, C 6-10 aryloxycarbonyl group, C 7-16 aralkyloxycarbonyl) Group, etc.), cyano group, nitro group, sulfo group, heterocyclic group, etc.] may be possessed. Further, the hydroxyl group or the carboxyl group may be protected by a protecting group commonly used in the field of organic synthesis.
  • the monoamine (1) is a compound having a function of suppressing aggregation and enlargement of metal nanoparticles by adsorbing on the surface of the metal nanoparticles, that is, imparting high dispersibility to the metal nanoparticles.
  • primary amines having linear alkyl groups such as n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine, n-undecylamine, n-dodecylamine;
  • Primary amines with branched chain alkyl groups such as isohexylamine, 2-ethylhexylamine, tert-octylamine; primary amines with cycloalkyl groups such as cyclohexylamine; primary amines with alkenyl groups such as oleylamine.
  • n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine, n-undecylamine, n-dodecylamine and the like are particularly preferable.
  • the hydrocarbon chain of monoamine (2) is shorter than that of monoamine (1), the function of imparting high dispersibility to metal nanoparticles is low, but the polarity is higher than that of monoamine (1) and it becomes a metal atom. Since it has a high coordination ability, it has an effect of promoting complex formation. Further, since the hydrocarbon chain is short, it can be removed from the surface of the metal nanoparticles in a short time (for example, 30 minutes or less, preferably 20 minutes or less) even in low temperature sintering, and a sintered body having excellent conductivity can be obtained. can get.
  • Examples of the monoamine (2) include total carbon having a linear or branched alkyl group such as n-butylamine, isobutylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, pentylamine, isopentylamine, and tert-pentylamine.
  • a primary amine having a linear alkyl group and having a total carbon number of 2 to 5 (preferably a total carbon number of 4 to 5) is preferable.
  • the total carbon number of the diamine (3) is 8 or less, the polarity is higher than that of the monoamine (1), and the coordination ability to the metal atom is high, so that the diamine (3) has a complex formation promoting effect. Further, the diamine (3) has an effect of accelerating the thermal decomposition at a lower temperature and in a short time in the thermal decomposition step of the complex, and the use of the diamine (3) makes the production of surface-modified metal nanoparticles more efficient. Can be done. Further, the surface-modified metal nanoparticles having a structure coated with a protective agent containing diamine (3) exhibit excellent dispersion stability in a highly polar dispersion medium.
  • the diamine (3) since the diamine (3) has a short hydrocarbon chain, it can be removed from the surface of the metal nanoparticles in a short time (for example, 30 minutes or less, preferably 20 minutes or less) even in low temperature sintering, and it becomes conductive. An excellent sintered body can be obtained.
  • Examples of the diamine (3) include 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, and 1,7-heptanediamine. , 1,8-octanediamine, 1,5-diamino-2-methylpentane, etc., R 4 to R 7 in the formula (a-2) are hydrogen atoms, and R 8 is linear or branched.
  • Diamines that are alkylene groups N, N'-dimethylethylenediamine, N, N'-diethylethylenediamine, N, N'-dimethyl-1,3-propanediamine, N, N'-diethyl-1,3-propanediamine, In the formula (a-2) of N, N'-dimethyl-1,4-butanediamine, N, N'-diethyl-1,4-butanediamine, N, N'-dimethyl-1,6-hexanediamine, etc.
  • R 4 , R 6 are the same or different linear or branched alkyl groups
  • R 5 and R 7 are hydrogen atoms
  • R 8 is a linear or branched alkylene group.
  • R 5 are the same or different and straight-chain in the formula (a-2), such as hexanediamine
  • Examples thereof include diamine, which is a linear or branched alkyl group, R 6 and R 7 are hydrogen atoms, and R 8 is a linear or branched alkylene group.
  • R 4 and R 5 in the above formula (a-2) are the same or different linear or branched alkyl groups, R 6 and R 7 are hydrogen atoms, and R 8 is.
  • Diamine which is a linear or branched alkylene group [In particular, R 4 and R 5 in the formula (a-2) are linear alkyl groups, R 6 and R 7 are hydrogen atoms, and R 8 Is a linear alkylene group, diamine] is preferable.
  • R 4 and R 5 are the same or different linear or branched alkyl groups
  • R 6 and R 7 are hydrogen atoms, that is, diamines, that is, primary amino groups and the first.
  • a diamine having a tertiary amino group is a complex formed because the primary amino group has a high coordinating ability with respect to a metal atom, but the tertiary amino group has a poor coordinating ability with respect to a metal atom. Is prevented from becoming excessively complicated, which enables thermal decomposition at a lower temperature and in a shorter time in the thermal decomposition step of the complex.
  • diamines having a total carbon number of 6 or less are preferable, and diamines having a total carbon number of 5 or less (for example, 1 to 6 and preferably 4 to 6) are preferable because they can be removed from the surface of metal nanoparticles in a short time by low-temperature sintering.
  • diamines of 1 to 5, preferably 4 to 5) are more preferable.
  • the ratio of the content of the monoamine (1) to the total amount of the organic protective agent contained in the conductive ink of the present disclosure and the ratio of the total content of the monoamine (2) and the diamine (3) shall be in the following range. Is preferable.
  • Content of monoamine (1) For example, 5 to 65 mol% (the lower limit is preferably 10 mol%, particularly preferably 20 mol%, most preferably 30 mol%, and the upper limit is preferably 60 mol%. , Particularly preferably 50 mol%)
  • the proportion of the content of the monoamine (2) and the proportion of the content of the diamine (3) in the total amount of the organic protective agent contained in the conductive ink of the present disclosure are preferably in the following ranges.
  • Content of monoamine (2) For example, 5 to 65 mol% (the lower limit is preferably 10 mol%, particularly preferably 20 mol%, most preferably 30 mol%, and the upper limit is preferably 60 mol%. , Particularly preferably 50 mol%)
  • Content of diamine (3) for example 5 to 50 mol% (the lower limit is preferably 10 mol%, and the upper limit is preferably 40 mol%, particularly preferably 30 mol%).
  • the dispersion stability of the metal nanoparticles can be obtained.
  • the content of the monoamine (1) is lower than the above range, the metal nanoparticles tend to be easily aggregated.
  • the content of the monoamine (1) exceeds the above range, it becomes difficult to remove the organic protective agent from the surface of the metal nanoparticles in a short time when the sintering temperature is low, and the conductivity of the obtained sintered body is obtained. Tends to decrease.
  • the organic protective agent can be removed from the surface of the metal nanoparticles in a short time, and a sintered body having excellent conductivity can be obtained.
  • the complex formation promoting effect and the thermal decomposition promoting effect of the complex can be easily obtained. Further, the surface-modified metal nanoparticles having a structure coated with a protective agent containing diamine (3) exhibit excellent dispersion stability in a highly polar dispersion medium.
  • the amount of monoamine (1) used is reduced according to the ratio of their use. It is possible to remove the organic protective agent from the surface of the metal nanoparticles in a short time even if the sintering temperature is low, which is preferable in that a sintered body having excellent conductivity can be obtained.
  • the amine used as an organic protective agent in the present disclosure may contain other amines in addition to the above monoamines (1), monoamines (2), and diamines (3), but all amines contained in the protective agent.
  • the ratio of the total content of the monoamine (1), monoamine (2), and diamine (3) to the above is preferably, for example, 60% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more, and most preferably 90% by weight or more. be.
  • the upper limit is 100% by weight. That is, the content of the other amine is preferably 40% by weight or less, particularly preferably 20% by weight or less, and most preferably 10% by weight or less.
  • the amount of the organic protective agent is not particularly limited, but is about 1 to 50 mol per 1 mol of the metal atom of the metal compound as a raw material. It is preferable, particularly preferably 2 to 50 mol, and most preferably 6 to 50 mol.
  • the amount of the organic protective agent used is less than the above range, the metal compound that is not converted into the complex tends to remain in the complex forming step, and it tends to be difficult to impart sufficient dispersibility to the metal nanoparticles. ..
  • a compound having an amino group and a compound having a carboxyl group for example, a compound having a carboxyl group and having 4 to 18 carbon atoms
  • an aliphatic monocarboxylic acid having 4 to 18 carbon atoms may be contained in one or more.
  • aliphatic monocarboxylic acid examples include butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, tetradecanoic acid, pentadecanoic acid and hexadecanoic acid.
  • Saturated aliphatic monocarboxylic acid having 4 or more carbon atoms such as heptadecanoic acid, octadecanoic acid, nonadecanoic acid and icosanoic acid; Monocarboxylic acids can be mentioned.
  • saturated or unsaturated aliphatic monocarboxylic acids having 8 to 18 carbon atoms are preferable.
  • the carboxyl group of the aliphatic monocarboxylic acid is adsorbed on the surface of the metal nanoparticles, the saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon chain having 8 to 18 carbon atoms becomes a steric obstacle, so that the distance from the other metal nanoparticles is formed. Can be ensured, and the action of preventing aggregation of metal nanoparticles is improved.
  • the amount of the compound having a carboxyl group to be used is, for example, about 0.05 to 10 mol, preferably 0.1 to 5 mol, particularly preferably 0.5 to 2 mol, with respect to 1 mol of the metal atom of the metal compound. Is. If the amount of the compound having a carboxyl group used is less than the above range, it is difficult to obtain the effect of improving the dispersion stability. On the other hand, even if the compound having a carboxyl group is excessively used, the effect of improving the dispersion stability is saturated, but it tends to be difficult to remove it by low-temperature sintering.
  • the reaction between the organic protective agent and the metal compound is carried out in the presence or absence of a dispersion medium.
  • a dispersion medium for example, an alcohol having 3 or more carbon atoms can be used.
  • Examples of the alcohol having 3 or more carbon atoms include n-propanol (boiling point: 97 ° C.), isopropanol (boiling point: 82 ° C.), n-butanol (boiling point: 117 ° C.), and isobutanol (boiling point: 107.89 ° C.).
  • Se-butanol (boiling point: 99.5 ° C.), tert-butanol (boiling point: 82.45 ° C.), n-pentanol (boiling point: 136 ° C.), n-hexanol (boiling point: 156 ° C.), n-octanol (boiling point: 156 ° C.) Boiling point: 194 ° C.), 2-octanol (boiling point: 174 ° C.) and the like.
  • alcohols having 4 to 6 carbon atoms are particularly preferable in terms of being able to set a high temperature in the subsequent thermal decomposition step of the complex and being convenient in the post-treatment of the obtained surface-modified metal nanoparticles.
  • n-butanol and n-hexanol are preferable.
  • the amount of the dispersion medium used is, for example, 120 parts by weight or more, preferably 130 parts by weight or more, and more preferably 150 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the metal compound.
  • the upper limit of the amount of the dispersion medium used is, for example, 1000 parts by weight, preferably 800 parts by weight, and particularly preferably 500 parts by weight.
  • the reaction between the organic protective agent and the metal compound is preferably carried out at room temperature (5 to 40 ° C.). Since the reaction is accompanied by heat generation due to the coordination reaction of the organic protective agent to the metal compound, it may be carried out while appropriately cooling so as to be within the above temperature range.
  • the reaction time between the organic protective agent and the metal compound is, for example, about 30 minutes to 3 hours.
  • a metal-organic protective agent complex (when an amine is used as the organic protective agent, a metal-amine complex) is obtained.
  • the thermal decomposition step is a step of thermally decomposing the metal-organic protective agent complex obtained through the complex forming step to form surface-modified metal nanoparticles.
  • the metal compound thermally decomposes to form a metal atom while maintaining the coordination bond of the organic protective agent to the metal atom, and then the organic protective agent coordinates. It is considered that the metal atoms are aggregated to form metal nanoparticles coated with an organic protective film.
  • the thermal decomposition is preferably carried out in the presence of a dispersion medium, and the above-mentioned alcohol can be preferably used as the dispersion medium.
  • the thermal decomposition temperature may be any temperature as long as the surface-modified metal nanoparticles are generated, and when the metal-organic protective agent complex is a silver oxalate-organic protective agent complex, for example, about 80 to 120 ° C.
  • the temperature is preferably 95 to 115 ° C, particularly preferably 100 to 110 ° C. From the viewpoint of preventing desorption of the surface-modified portion of the surface-modified metal nanoparticles, it is preferable to perform the treatment at a temperature as low as possible within the above temperature range.
  • the thermal decomposition time is, for example, about 10 minutes to 5 hours.
  • the thermal decomposition of the metal-organic protective agent complex is carried out in an air atmosphere or in an atmosphere of an inert gas such as argon.
  • Decantation is performed, for example, by washing suspended surface-modified metal nanoparticles with a detergent, precipitating the surface-modified metal nanoparticles by centrifugation, and removing the supernatant liquid.
  • a detergent for example, one or more linear or branched alcohols having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2) such as methanol, ethanol, n-propanol, and isopropanol are used. This is preferable in that the surface-modified metal nanoparticles have good sedimentation property and the cleaning agent can be efficiently separated and removed by centrifugation after cleaning.
  • the surface-modified metal nanoparticles (A) (preferably wet surface-modified metal nanoparticles (A)), the dispersion medium (B), and the polyvinyl acetal resin (preferably wet surface-modified metal nanoparticles (A)) obtained through the above steps are used.
  • a commonly known mixing device such as a self-revolving stirring defoaming device, a homogenizer, a planetary mixer, a three-roll mill, and a bead mill can be used.
  • each component may be mixed at the same time or sequentially. The blending ratio of each component can be appropriately adjusted within the following range.
  • the procedure of the step of preparing the conductive ink is not particularly limited, but for example, after dissolving the polyvinyl acetal resin (C) and the above-mentioned dispersion stabilizer as an additive in the above-mentioned dispersion medium (B), the surface thereof. Mixing with the modified metal nanoparticles (A) is preferable from the viewpoint of dispersion stability of the conductive ink.
  • the dispersion stabilizer to be mixed with the polyvinyl acetal resin (C) is not particularly limited, but for example, a compound having at least an amino group can be used.
  • a compound having at least an amino group as the dispersion stabilizer, the same compound as the “compound having at least an amino group” as the above-mentioned organic protective agent can be used.
  • the dispersion stabilizer may be the same as or different from the organic protective agent used to prepare the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • the amount of the dispersion stabilizer to be mixed with the polyvinyl acetal resin (C) is not particularly limited, but is 10 to 500 from the viewpoint of the dispersion stability of the conductive ink with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl acetal resin (C). By weight is preferable, and 50 to 300 parts by weight is more preferable.
  • the content (metal element equivalent) of the surface-modified metal nanoparticles (A) in the total amount of the conductive ink (100% by weight) of the present disclosure is, for example, about 35 to 70% by weight.
  • the lower limit is preferably 40% by weight, particularly preferably 45% by weight, most preferably 50% by weight, and particularly preferably 55% by weight from the viewpoint of obtaining a higher film thickness coating film or sintered body.
  • the upper limit is preferably 65% by weight, particularly preferably 60% by weight, from the viewpoint of coatability (in the case of coating by the inkjet printing method, injection stability from the head nozzle).
  • the content of the dispersion medium (B) in the conductive ink of the present disclosure is, for example, 20 to 100 parts by weight, preferably 30 to 90 parts by weight, more preferably with respect to 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A). Is 40 to 80 parts by weight, more preferably 50 to 75 parts by weight, particularly preferably 55 to 75 parts by weight, and most preferably 60 to 75 parts by weight.
  • the content of the dispersion medium (B) in the total amount (100% by weight) of the conductive ink of the present disclosure is, for example, 20 to 65% by weight, preferably 25 to 60% by weight, more preferably 30 to 55% by weight, and most preferably. Is 30 to 50% by weight. Since the conductive ink of the present disclosure contains the dispersion medium (B) in the above range, it has excellent coatability. For example, when it is coated by an inkjet printing method, the ejection stability from the nozzle of the head is maintained well. Is possible.
  • the content of (b-1) is, for example, 15 to 70 parts by weight, preferably 20 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A). Particularly preferably, it is 30 to 55 parts by weight, and most preferably 35 to 55 parts by weight.
  • the content of (b-2) is, for example, 5 to 50 parts by weight, preferably 10 to 40 parts by weight, particularly preferably 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A). Is 15 to 30 parts by weight, most preferably 15 to 28 parts by weight.
  • the ratio of the content of the (b-1) to the content of the (b-2) in the total amount of the dispersion medium (B) contained in the conductive ink of the present disclosure ((b-1) / (b-2)) is.
  • it is 40/60 to 95/5, preferably 45/55 to 90/10, more preferably 50/50 to 85/15, and particularly preferably 60/40 to 80/20.
  • the content of (b-1) is less than the above range, the smoothness of the coating film tends to decrease.
  • the low temperature sinterability tends to decrease.
  • the content of (b-2) is less than the above range, the coatability tends to decrease.
  • the dispersion medium (B) in the present disclosure may contain one or more other dispersion media in addition to the above (b-1) and (b-2), but the above (b-).
  • the total content of 1) and the above (b-2) is preferably 70% by weight or more, particularly preferably 75% by weight or more, and most preferably 80% by weight or more of the total amount of the dispersion medium (B). Therefore, the content of the other dispersion medium (the total amount when two or more kinds are contained) is preferably 30% by weight or less, particularly preferably 25% by weight or less, and most preferably 25% by weight or less of the total amount of the dispersion medium (B). It is 20% by weight or less.
  • the content of the other dispersion medium exceeds the above range, the coatability tends to decrease due to the thickening, or the metal nanoparticles tend to aggregate and the dispersibility tends to decrease.
  • the content of the primary alcohol in the total amount (100% by weight) of the dispersion medium (B) contained in the conductive ink of the present disclosure is preferably, for example, about 30% by weight or less, more preferably 25% by weight. % Or less, particularly preferably 20% by weight or less, most preferably 15% by weight or less, and particularly preferably 5% by weight or less.
  • the content of the polyvinyl acetal resin (C) in the conductive ink of the present disclosure is 0.1 to 5.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight (metal element equivalent) of the surface-modified metal nanoparticles (A), which is the lower limit. Is preferably 0.2 parts by weight, particularly preferably 0.3 parts by weight, most preferably 0.4 parts by weight, and particularly preferably 0.5 parts by weight.
  • the upper limit is preferably 3.0 parts by weight, particularly preferably 2.0 parts by weight, and most preferably 1.0 part by weight.
  • the content of the polyvinyl acetal resin (C) in the total amount (100% by weight) of the conductive ink of the present disclosure is 0.05 to 3.0% by weight, and the lower limit is preferably 0.1% by weight, particularly preferably. Is 0.15% by weight, most preferably 0.2% by weight, and particularly preferably 0.25% by weight.
  • the upper limit is preferably 2.5% by weight, particularly preferably 2.0% by weight, and most preferably 1.0% by weight.
  • a polyvinyl acetal resin (C) Other polymers other than (molecular weight in a compound 0.1 ⁇ 10 4 or more) may contain a but, included in the conductive ink
  • the proportion of the polyvinyl acetal resin (C) in all the polymers is, for example, 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more, and most preferably 90% by weight or more.
  • the upper limit is 100% by weight.
  • the content of the other polymer is, for example, 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, particularly preferably 20% by weight or less, and most preferably 10% by weight or less of all the polymers contained in the conductive ink. be.
  • the lower limit is zero.
  • the ratio of the total of the surface-modified metal nanoparticles (A), the dispersion medium (B) and the polyvinyl acetal resin (C) to the total amount of the conductive ink (100% by weight) of the present disclosure is, for example, 70% by weight or more. It is preferably 80% by weight or more, and particularly preferably 90% by weight or more.
  • the viscosity of the conductive ink of the present disclosure can be measured using a rotary viscometer (for example, Lovis2000M), a capillary viscometer, a falling ball type viscometer (for example, BM type), a cup type viscometer, or the like. can.
  • the viscosity of the conductive ink of the present disclosure at 25 ° C. is 100 mPa ⁇ s or less (for example, 2 to 100 mPa ⁇ s), preferably 3 to 15 mPa ⁇ s, particularly preferably 3 to 15 mPa ⁇ s, when a falling ball viscometer is used. It is 5 to 15 mPa ⁇ s.
  • the conductive ink has a viscosity at 25 ° C. that is outside the above range when measured by a method other than using a falling ball viscometer, it is within the above range when measured using a falling ball viscometer. If so, it is the conductive ink of the present disclosure.
  • the conductive ink of the present disclosure is excellent in dispersion stability, and for example, when a conductive ink having a metal concentration of 65% by weight is stored at 5 ° C., aggregation of metal nanoparticles can be suppressed for a period of one month or longer.
  • the conductive ink of the present disclosure has a low viscosity and excellent coatability.
  • the surface-modified metal nanoparticles (A) are excellent in dispersion stability, and good coatability can be maintained even if the surface-modified metal nanoparticles (A) are contained in a high concentration.
  • the conductive ink of the present disclosure is excellent in low temperature sintering property, and a sintered body having excellent substrate adhesion and conductivity can be obtained by low temperature sintering.
  • the conductive ink of the present disclosure is heat-resistant to a substrate (particularly, a general-purpose plastic substrate or the like) by a printing method such as inkjet printing, dip coat printing, slit coat printing, spin coat printing, spray printing, gravure printing, flexographic printing and the like. It can be suitably used for forming wiring or the like on a substrate having a low temperature or a substrate such as a glass substrate having high heat resistance but having a smooth surface and difficult to obtain an anchor effect).
  • the method for manufacturing the electronic device of the present disclosure is a printing method in which the above-mentioned conductive ink is printed on a substrate by an inkjet printing method, a dip coat printing, a slit coat printing, a spin coat printing, a spray printing, a gravure printing method, a flexographic printing method, or the like. Includes a step of applying and a step of sintering.
  • the thickness of the coating film obtained by applying the conductive ink is, for example, 0.1 to 5 ⁇ m (preferably 0.5 to 2 ⁇ m). It is preferably in the range.
  • the conductive ink is used in the method for manufacturing an electronic device of the present disclosure, sintering is possible at a low temperature, and the sintering temperature is, for example, 120 ° C. or lower (the lower limit of the sintering temperature is, for example, 60 ° C.). , 100 ° C. is more preferable because it can be sintered in a short time), particularly preferably 115 ° C. or lower, and most preferably 110 ° C. or lower.
  • the sintering time is, for example, 0.1 to 3 hours, preferably 0.5 to 2 hours, and particularly preferably 0.5 to 1 hour.
  • the sintering of metal nanoparticles proceeds sufficiently even in low temperature sintering (for example, sintering at low temperature for a short time such as at 120 ° C. for 30 minutes).
  • low temperature sintering for example, sintering at low temperature for a short time such as at 120 ° C. for 30 minutes.
  • a sintered body having excellent substrate adhesion particularly, a sintered body having excellent adhesion to a substrate having excellent surface smoothness such as glass
  • the sintered body does not peel off together when the protective film is peeled off.
  • the sintering of metal nanoparticles proceeds sufficiently even in low-temperature sintering (for example, even in low-temperature short-time sintering such as 120 ° C. for 30 minutes). ..
  • a sintered body having excellent conductivity volume resistivity is, for example, 10 ⁇ cm or less, preferably 8 ⁇ cm or less
  • the conductivity (or volume resistivity) of the sintered body can be measured by the method described in Examples.
  • a sintered body having excellent adhesion to the substrate can be obtained as described above. Therefore, as the substrate, a substrate such as a glass substrate having a smooth surface and an anchor effect is difficult to obtain. Can be preferably used.
  • the substrate may be polyethylene terephthalate (PET) in addition to a glass substrate or a heat-resistant plastic substrate such as a polyimide film.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a general-purpose plastic substrate having low heat resistance such as a film, a polyester-based film such as a polyethylene naphthalate (PEN) film, and a polyolefin-based film such as polypropylene can also be preferably used.
  • an electronic device having wiring or the like made of a sintered body having excellent conductivity and adhesion to the substrate as described above can be easily and inexpensively obtained on the substrate.
  • the electronic devices of the present disclosure include, for example, liquid crystal displays, organic EL displays, field emission displays (FEDs), IC cards, IC tags, solar cells, LED elements, organic transistors, capacitors, electronic paper, flexible batteries, and flexible batteries. It is suitably used for sensors, membrane switches, touch panels, EMI shields and the like.
  • Preparation Example 1 (Preparation of surface-modified silver nanoparticles) Complex formation step
  • Silver oxalate (molecular weight: 303.78) was obtained from silver nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and oxalic acid dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). 20.0 g (65.8 mmol) of the silver oxalate was charged in a 500 mL flask, and 30.0 g of n-butanol was added thereto to prepare an n-butanol slurry of silver oxalate.
  • n-butylamine (molecular weight: 73.14, manufactured by Daicel Co., Ltd.) 57.8 g (790.1 mmol)
  • n-hexylamine (molecular weight: 101.19, manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 40.0 g (395.0 mmol)
  • n-octylamine (molecular weight: 129.25, trade name "Farmin 08D", manufactured by Kao Co., Ltd.) 38.3 g (296.3 mmol)
  • n-dodecylamine (molecular weight) 185.35, trade name "Farmin 20D", manufactured by Kao Co., Ltd.
  • the temperature of the reaction solution is raised from 30 ° C. to about 105 ° C. (103 to 108 ° C.), and then heated for 1 hour while maintaining the above temperature.
  • the silver acid-amine complex was thermally decomposed to obtain a suspension in which dark blue surface-modified silver nanoparticles were suspended in an amine mixture.
  • Example 1 preparation of silver ink
  • Each component other than the surface-modified silver nanoparticles is weighed according to the formulation (unit: parts by weight) shown in Table 1 below, stirred in an oil bath at 80 ° C. for 1 hour, and then wet according to the formulation shown in Table 1.
  • the surface-modified silver nanoparticles of No. 1 were mixed to obtain a dark blue silver ink (1) (silver concentration: 50% by weight).
  • the average particles of surface-modified silver nanoparticles were subjected to a dynamic light scattering method using the trade name "Zeta Nanosizer Series Nano-S" (manufactured by Malvern) as an analyzer. When the diameter was confirmed, it was 25 nm.
  • the silver inks obtained in Examples and Comparative Examples were measured and evaluated for viscosity and ejection property by the following method. Further, the substrate adhesion and conductivity of the sintered body of the silver ink obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods.
  • the silver inks obtained in Examples and Comparative Examples were applied onto a non-alkali glass plate to form a coating film.
  • the obtained coating film was sintered at 120 ° C. for 30 minutes using a hot plate to obtain a sintered body having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • the obtained sintered body / non-alkali glass plate laminate was subjected to a substrate adhesion evaluation test by the following method. That is, 11 cuts are made in the vertical direction at 1 mm intervals on the surface of the sintered body of the sintered body / non-alkali glass plate laminate so as to be orthogonal to the vertical cuts. Eleven cuts were made in the lateral direction to prepare a 100-square grid.
  • Adhesive tape (trade name “Paper Adhesive Tape No. 209", manufactured by Nichiban) was strongly pressure-bonded to this board, and the proportion of sintered body remaining on the non-alkali glass plate when the adhesive tape was peeled off (residual). The substrate adhesion was evaluated from the rate:%).
  • Each component in the table is as follows. ⁇ Surface-modified metal nanoparticles> -Surface-modified silver nanoparticles: Surface-modified silver nanoparticles obtained in Preparation Example 1 ⁇ dispersion medium> -Tetradecane: Boiling point 253 ° C, reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.- ( ⁇ ) -Menthol: Boiling point 212 ° C, reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
  • -B14S Polyvinyl butyral resin, trade name "Moital B14S”, manufactured by Kuraray Co., Ltd.-ASPU-121: polyether urethane resin, trade name "Chrisbon ASMU-121", manufactured by DIC Co., Ltd.-KC1100: acrylic resin, product Name "KC-1100, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.”
  • -UC-102 Isoprene rubber, trade name "Kuraray UC-102, manufactured by Kuraray Co., Ltd.” ⁇ Amine mixture> -Amine mixed solution according to Preparation Example 1.
  • Component (A) Component: Surface-modified metal nanoparticles (B) having a structure in which the surface of the metal nanoparticles is coated with an organic protective agent
  • the proportion of the organic protective agent in the (A) component is 1 to 20% by weight (preferably 1 to 10% by weight) of the weight of the metal nanoparticles, [1. ]
  • the average primary particle diameter of the metal nanoparticles is 0.5 to 100 nm (preferably 0.5 to 80 nm, more preferably 1 to 70 nm, still more preferably 1 to 60 nm), [1] or [2].
  • the metal constituting the metal nanoparticles is at least one selected (preferably silver) from the group consisting of gold, silver, copper, nickel, aluminum, rhodium, cobalt, and ruthenium, [1] to The conductive ink according to any one of [3].
  • the organic protective agent of the component (A) contains at least one functional group (preferably an amino group) selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group, and a thiol group.
  • the boiling point of the alcohol (b-1) is 130 ° C. or higher (preferably 170 ° C. or higher, more preferably 185 ° C. or higher, still more preferably 190 ° C.
  • the conductive ink according to any one.
  • the hydrocarbon (b-2) contains an aliphatic hydrocarbon (particularly preferably a chain aliphatic hydrocarbon, most preferably a chain aliphatic hydrocarbon having 15 or more carbon atoms), [1] to [ 10]
  • the boiling point of the hydrocarbon (b-2) is preferably 130 ° C. or higher (preferably 170 ° C.
  • the polyvinyl acetal resin of the component (C) contains a polyvinyl acetal resin having a peak in the region of 1760 to 1800 cm -1 in the measurement of FT-IR, to any one of [1] to [13].
  • the functional group attributed by the characteristic peak appearing in the region of 1760 to 1800 cm-1 in the measurement of FT-IR is a carboxylic acid, a salt thereof, an ester thereof, an anhydrate thereof, a chloride thereof, or other functional groups.
  • the weight average molecular weight of the polyvinyl acetal resin as the component (C) is 0.1 ⁇ 10 4 to 30.0 ⁇ 10 4 (preferably 0.5 ⁇ 10 4 to 20.0 ⁇ 10 4) , particularly preferably.
  • the conductive ink according to any one of [1] to [15].
  • the glass transition temperature (Tg) of the polyvinyl acetal resin of the component (C) is 50 to 90 ° C. (preferably 55 to 85 ° C., more preferably 60 to 80 ° C.), [1] to [16]. ]
  • the conductive ink according to any one of. [18] The conductive ink according to any one of [1] to [17], which further contains the following component (D).
  • Dispersion Stabilizer [19] The conductive ink according to [18], wherein the dispersion stabilizer of the component (D) is a compound having at least an amino group.
  • the amount of the dispersion stabilizer used is 10 to 500 parts by weight (preferably 50 to 300 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl acetal resin (C) [18] to [20].
  • the conductive ink according to any one of the above.
  • the content (metal element equivalent) of the surface-modified metal nanoparticles (A) in the total amount of the conductive ink (100% by weight) is 35 to 70% by weight (the lower limit is preferably 40% by weight, particularly preferably 40% by weight). 45% by weight, most preferably 50% by weight, particularly preferably 55% by weight; the upper limit is preferably 65% by weight, particularly preferably 60% by weight), any one of [1] to [21].
  • the content of the dispersion medium (B) is 20 to 100 parts by weight (preferably 30 to 90 parts by weight, more preferably 40 to 80 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • the content of the dispersion medium (B) in the total amount of the conductive ink (100% by weight) is 20 to 65% by weight (preferably 25 to 60% by weight, more preferably 30 to 55% by weight, most preferably 30% by weight).
  • the content of the alcohol (b-1) is 15 to 70 parts by weight (preferably 20 to 20 to 70 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • the conductive ink according to any one of [1] to [24], which is 60 parts by weight, particularly preferably 30 to 55 parts by weight, and most preferably 35 to 55 parts by weight).
  • the content of the hydrocarbon (b-2) is 5 to 50 parts by weight (preferably 10 to 40 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the surface-modified metal nanoparticles (A).
  • the total content of the alcohol (b-1) and the hydrocarbon (b-2) is 70% by weight or more (particularly preferably 75% by weight or more, most preferably 80% by weight or more) of the total amount of the component (B).
  • the ratio of the contents of the alcohol (b-1) and the hydrocarbon (b-2) ((b-1) / (b-2) (weight ratio)) is 50/50 to 95/5 (for example, 40).
  • the conductive ink according to any one of the above.
  • the content of the polyvinyl acetal resin (C) is 0.1 to 5.0 parts by weight (the lower limit is preferably 0.) With respect to 100 parts by weight (metal element equivalent) of the surface-modified metal nanoparticles (A). 2 parts by weight, particularly preferably 0.3 parts by weight, most preferably 0.4 parts by weight, particularly preferably 0.5 parts by weight; the upper limit is preferably 3.0 parts by weight, particularly preferably 2.0 parts by weight.
  • the content of the polyvinyl acetal resin (C) in the total amount of the conductive ink (100% by weight) is 0.05 to 3.0% by weight (the lower limit is preferably 0.1% by weight, particularly preferably 0). .15% by weight, most preferably 0.2% by weight, especially preferably 0.25% by weight; the upper limit is preferably 2.5% by weight, particularly preferably 2.0% by weight, most preferably 1.0% by weight. %), The conductive ink according to any one of [1] to [29].
  • the ratio of the total amount of the surface-modified metal nanoparticles (A), the dispersion medium (B) and the polyvinyl acetal resin (C) to the total amount of the conductive ink (100% by weight) is 70% by weight or more (preferably 80% by weight).
  • the conductive ink according to any one of [1] to [30], which is by weight% or more, particularly preferably 90% by weight or more).
  • the viscosity of the conductive ink using a falling ball viscometer at 25 ° C. is 100 mPa ⁇ s or less (for example, 2 to 100 mPa ⁇ s, preferably 3 to 15 mPa ⁇ s, particularly preferably 5 to 15 mPa ⁇ s).
  • the conductivity according to any one of [1] to [32], wherein the volume resistivity of the sintered body obtained by sintering at 120 ° C. for 30 minutes is 10 ⁇ cm or less (preferably 8 ⁇ cm or less). ink.
  • a step of mixing the component (B) and the component (C) to prepare a mixed solution and The method for producing a conductive ink according to any one of [1] to [34], which comprises a step of further mixing the component (A) with the mixed solution.
  • the conductive ink according to [35], wherein the step of mixing the component (B) and the component (C) to prepare a mixed solution further comprises mixing the following component (D). Manufacturing method.
  • D Component: Dispersion stabilizer
  • the conductive ink according to any one of [1] to [34] is printed on a substrate by inkjet printing, dip coating printing, slit coating printing, and spin coating printing.
  • a method for manufacturing an electronic device which comprises a step of applying by spray printing and a step of sintering.
  • An electronic device provided with a sintered body of the conductive ink according to any one of [1] to [34] on a substrate.
  • the conductive ink of the present disclosure is useful for manufacturing an electronic device (for example, an electronic circuit) provided with wiring, electrodes, and the like.

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Abstract

本開示は、塗布性、金属ナノ粒子の分散性に優れ、焼結により、基板密着性に優れ、且つ導電性に優れた焼結体を形成する導電性インクを提供することを目的とする。 本開示の導電性インクは、下記(A)、(B)、及び(C)成分を含み、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部であり、25℃における粘度が100mPa・s以下である。 (A)成分:金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子 (B)成分:アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む分散媒 (C)成分:ポリビニルアセタール樹脂

Description

導電性インク
 本開示は、新規の導電性インク、及び前記導電性インクを用いて電子デバイスを製造する方法、並びに前記導電性インクの焼結体を備えた電子デバイスに関する。本願は、2020年7月8日に日本に出願した特願2020-118058の優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 配線、電極等(以後、「配線等」と称する場合がある)を備えた電子デバイス(例えば、電子回路)の形成は、従来、エッチング法等により行われていた。しかし、工程が煩雑でコストが嵩むことが問題であった。そこで、これに代わる方法として、印刷により直接形成する方法が検討されている。
 また、金属の中でもバルク銀の融点は962℃の高温であるが、ナノサイズの銀粒子(銀ナノ粒子)は100℃程度の温度で相互に融着するため、これを利用すれば、耐熱性の低い汎用プラスチック基板上に導電性に優れた配線等を形成することができる。しかし、ナノサイズの金属粒子は、凝集し易いことが問題である。
 特許文献1には、銀ナノ粒子の表面をアミン類で被覆することで凝集が抑制されることが記載され、このようにアミン類で表面が被覆された銀ナノ粒子を、n-オクタン、デカリン、テトラデカン等の炭化水素10~50重量%と、n-ブタノール、シクロヘキサンメタノール等のアルコール50~90重量%とを含む分散媒に分散させて得られる導電性インクは、銀ナノ粒子の分散安定性に優れ、印刷法により基板上に直接配線等を形成する用途に好適に使用できること、前記導電性インクを焼結することにより優れた導電性を有する焼結体が得られることが記載されている。
国際公開第2014/021270号
 しかし、前記特許文献1に記載の導電性インクを用いて得られた焼結体は基板に対する密着性が低いため、例えば焼結体が輸送中に損傷することを防止するため、輸送中は焼結体表面に保護フィルムを貼り合わせることがあるが、前記保護フィルムを剥がす際に焼結体も基板から剥がれてしまうことが問題であった。
 配線等を形成するための基板としてセラミック基板を使用する場合は、基板表面に存在する凹凸により生じるアンカー効果によって基板と焼結体との間にある程度の密着性が得られるが、ガラス基板等の表面平滑性に優れた基板を使用する場合はアンカー効果が得られず、焼結体が基板から剥離し易いことが問題であった。また、基板に表面処理を施して焼結体との密着性を向上することも考えられるが、工程数が増え、コストが嵩むことが問題であった。
 従って、金属ナノ粒子を含有する導電性インクとしては、以下の1~4の特性を兼ね備えることが求められる。
1.塗布に適した粘度を有すること
2.金属ナノ粒子を高分散状態で含有し、組成が均一であること
3.焼結に付すことにより、導電性に優れた焼結体が得られること
4.焼結に付すことにより、基板密着性に優れた焼結体が得られること
 焼結体の基板に対する密着性を向上する方法としては、例えば、ゴム状弾性体、テルペン系樹脂、ロジン系樹脂、石油樹脂等の粘着性付与剤や、シランカップリング剤等を添加することが考えられる。しかし、導電性インクにこれらを添加すると、増粘により塗布性が低下したり、得られる焼結体の導電性が低下する場合がある。
 その他、ヒドロキシル基、カルボニル基、エーテル結合等を有する化合物を添加して、水素結合等の相互作用により焼結体の基板に対する密着性を向上させる方法も考えられるが、導電性インクにこれらを添加すると、金属ナノ粒子が凝集し易くなり、組成を均一に保持することが困難となる。
 すなわち、導電性インクに、上述の1~3の特性を損なうことなく、4の特性(基板密着性)を付与する方法が見いだされていないのが現状である。
 従って、本開示の目的は、塗布性、金属ナノ粒子の分散性に優れ、焼結により、基板密着性に優れ、且つ導電性に優れた焼結体を形成する導電性インクを提供することにある。
 本開示の他の目的は、前記導電性インクを用いる電子デバイスの製造方法を提供することにある。
 本開示の他の目的は、前記導電性インクの焼結体を備えた電子デバイスを提供することにある。
 本開示の発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、有機保護剤で表面を被覆した金属ナノ粒子を特定の分散媒に分散させ、かつ、当該導電性インクにポリビニルアセタール樹脂を特定量添加すると、導電性インクの塗布性と金属ナノ粒子の分散性を低下させることなく、且つ導電性インクの焼結体に優れた導電性と基板密着性を付与できることを見いだした。本開示の発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
 尚、本明細書において、「ナノ粒子」とは、一次粒子の大きさ(平均一次粒子径)が、0.1nm以上、1000nm未満である粒子を意味する。また、粒子径は動的光散乱法により求められる。更に、本明細書中の沸点は常圧下(760mmHg)での値である。
 すなわち、本開示は、下記(A)、(B)、及び(C)成分を含み、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部であり、25℃における粘度が100mPa・s以下である導電性インクを提供する。
(A)成分:金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子
(B)成分:アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む分散媒
(C)成分:ポリビニルアセタール樹脂
 前記導電性インクにおいて、アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)との合計含有量は(B)成分全量の70重量%以上であることが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)の含有量の比((b-1)/(b-2)(重量比))は50/50~95/5であることが好ましい。
  前記導電性インクにおいて、(A)成分の前記有機保護剤が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物であることが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、(A)成分の前記有機保護剤は、少なくともアミノ基を有する化合物であることが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、アルコール(b-1)は、脂環式第2級アルコール及び/又は脂環式第3級アルコールであることが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、炭化水素(b-2)は、脂肪族炭化水素を含むことが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、(C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量は、0.1×104~30.0×104であることが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、(C)成分が、ポリビニルブチラール樹脂を含むことが好ましい。
 前記導電性インクにおいて、(C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂が、FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域にピークを有するポリビニルアセタール樹脂を含むことが好ましい。
 前記導電性インクを120℃で30分間焼結して得られる焼結体の体積抵抗率は、10μΩcm以下であってもよい。
 前記導電性インクにおいて、(A)成分を構成する金属ナノ粒子は銀ナノ粒子であることが好ましい。
 前記導電性インクは、インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷に用いられてもよい。
 前記導電性インクは、以下の(D)成分を、さらに含有することが好ましい。
 (D)成分:分散安定化剤
 前記導電性インクにおいて、(D)成分の前記分散安定化剤が、少なくともアミノ基を有する化合物であることが好ましい。
 また、本開示は、(B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程と、
 前記混合溶液にさらに(A)成分を混合する工程と、を含む前記導電性インクの製造方法を提供する。
 前記導電性インクの製造方法において、前記(B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程は、さらに以下の(D)成分を混合することを含むことが好ましい。
 (D)成分:分散安定化剤
 また、本開示は、基板上に、前記導電性インクを、インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷により塗布する工程、及び焼結する工程を含む、電子デバイスの製造方法を提供する。
 さらに、本開示は、基板上に、前記導電性インクの焼結体を備えた、電子デバイスを提供する。
 本開示の導電性インクは低粘度で塗布性に優れる。また、本開示の導電性インクは、基板表面に塗布後、焼結することにより、基板に対して優れた密着性を有する焼結体を形成する。また、前記焼結体は優れた導電性を有する。
ポリビニルブチラール樹脂である「SV-02」のFT-IRスペクトルの1600~2000cm-1の領域の吸収ピークを示す。
 [導電性インク]
 本開示の導電性インクは、下記(A)、(B)、及び(C)成分を含み、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部であり、25℃における粘度が100mPa・s以下である。
(A)成分:金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子
(B)成分:アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む分散媒
(C)成分:ポリビニルアセタール樹脂
 (表面修飾金属ナノ粒子(A))
 本開示における表面修飾金属ナノ粒子(A)は、金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する。そのため、本開示における表面修飾金属ナノ粒子(A)は、金属ナノ粒子間の間隔が確保され、凝集が抑制される。すなわち、本開示における表面修飾金属ナノ粒子(A)は、分散性に優れる。
 前記表面修飾金属ナノ粒子(A)における、有機保護剤の割合は、金属ナノ粒子の重量の例えば1~20重量%程度(好ましくは、1~10重量%)である。尚、表面修飾金属ナノ粒子における金属ナノ粒子と有機保護剤の各重量は、例えば、表面修飾金属ナノ粒子を熱重量測定に付し、特定温度範囲における減量率から求めることができる。
 前記表面修飾金属ナノ粒子(A)における、金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、例えば0.5~100nm、好ましくは0.5~80nm、より好ましくは1~70nm、さらに好ましくは1~60nmである。尚、平均一次粒子径は、実施例に記載の動的光散乱法により求められるものである。
 前記表面修飾金属ナノ粒子(A)における、金属ナノ粒子を構成する金属としては、導電性を有する金属であれば良く、例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、コバルト、ルテニウム等を挙げることができる。本開示における金属ナノ粒子としては、なかでも、100℃程度の温度で相互に融着し、耐熱性の低い汎用プラスチック基板上でも導電性に優れた配線等を形成することができる点で銀ナノ粒子が好ましい。従って、本開示における表面修飾金属ナノ粒子としては、表面修飾銀ナノ粒子が好ましく、本開示の導電性インクとしては、銀インクが好ましい。
 前記表面修飾金属ナノ粒子(A)における有機保護剤としては、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物が好ましく、特に、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する炭素数4~18の化合物が好ましく、最も好ましくは少なくともアミノ基を有する化合物であり、とりわけ好ましくはアミノ基を有する炭素数4~18の化合物(すなわち、炭素数4~18のアミン)である。
 前記表面修飾金属ナノ粒子(A)として、例えば表面修飾銀ナノ粒子は、後述の製造方法等によって製造することができる。
 (分散媒(B))
 本開示における分散媒(B)は、前記表面修飾金属ナノ粒子(A)を分散する分散媒である。分散媒(B)は、少なくとも、アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む。前記(b-1)と前記(b-2)は、それぞれ、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて含有することができる。尚、前記(b-1)、(b-2)は、単独では、常温、常圧下で液体であっても、また固体であってもよいが、これらを共に含有する分散媒(B)は、常温、常圧下で液体の分散媒(液体分散媒)である。
 本開示の導電性インクは、分散媒(B)として前記(b-1)と前記(b-2)とを組み合わせて含有するため、上記表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散性、及び分散安定性に優れる。
 (アルコール(b-1))
 前記(b-1)には、第1級アルコール、第2級アルコール、及び第3級アルコールが含まれる。本開示においては、なかでも、表面修飾金属ナノ粒子(A)の有機保護剤との反応性が低く、有機保護剤の損失が抑制されることにより、表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散性を長期安定的に維持することができる、すなわち分散安定性に優れる点、及び、低温焼結の場合においても速やかに蒸散することにより金属ナノ粒子の焼結性が向上する、すなわち低温焼結性を付与することができる点で、第2級アルコール及び/又は第3級アルコールが特に好ましい。
 また、前記(b-1)には、脂肪族アルコール、脂環式アルコール、及び芳香族アルコールが含まれるが、なかでも表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散性に優れる点で、脂環式アルコール(すなわち、脂環構造を有するアルコール)が好ましい。
 従って、前記(b-1)としては、脂環式第2級アルコール及び/又は脂環式第3級アルコールが好ましい。
 前記脂環式アルコールには、単環式アルコール及び多環式アルコールが含まれるが、特に単環式アルコールが表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散性に特に優れる点、及び低粘度で塗布性(インクジェット印刷法で塗布する場合は、ヘッドノズルからの射出安定性)に優れる点で好ましい。
 前記(b-1)の沸点は、例えば130℃以上であることが好ましく、より好ましくは170℃以上であり、特に前記表面修飾金属ナノ粒子(A)を高濃度に含有する場合(例えば、前記(A)の含有量(金属元素換算)が導電性インク全量の45重量%以上である場合)等は、185℃以上が好ましく、更に好ましくは190℃以上である。また、沸点の上限は、例えば300℃、好ましくは250℃、特に好ましくは220℃である。沸点が130℃以上であると、印刷時温度における揮発を抑制することができ、優れた塗布性(インクジェット印刷法で塗布する場合は、ヘッドノズルからの射出安定性)が得られる。また、沸点が300℃以下であると、低温焼結の場合にも速やかに揮発して、優れた導電性を有する焼結体が得られる。すなわち、低温焼結性に優れる。一方、沸点が上記範囲を下回ると、塗布時に導電性インクの流動性が低下して、均一な塗膜を形成することが困難となる場合がある。例えば、インクジェット印刷法で塗布する場合は、ヘッドのノズル口に導電性インクが固化して付着しやすくなり、特に間欠的に射出を行う場合に、射出が不安定となり、飛行曲がりにより所望のパターンを精度良く印字することが困難となったり、ノズル口が目詰まりして射出不能となったりする恐れがある。
 単環式第2級アルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール、2-エチルシクロヘキサノール、1-シクロヘキシルエタノール、3,5-ジメチルシクロヘキサノール、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノール、2,3,5-トリメチルシクロヘキサノール、3,4,5-トリメチルシクロヘキサノール、2,3,4-トリメチルシクロヘキサノール、4-(tert-ブチル)-シクロヘキサノール、3,3,5,5-テトラメチルシクロヘキサノール、2-イソプロピル-5-メチル-シクロヘキサノール(=メントール)等の、置換基を有していてもよいシクロヘキサノールや、対応するシクロヘプタノールが好ましく、特に、炭素数1~3のアルキル基を有するシクロヘキサノール若しくはシクロヘプタノールが好ましく、とりわけ、炭素数1~3のアルキル基を有するシクロヘキサノールが好ましい。
 単環式第3級アルコールとしては、例えば、1-メチルシクロヘキサノール、4-イソプロピル-1-メチルシクロヘキサノール、2-シクロヘキシル-2-プロパノール、2-(4-メチルシクロヘキシル)-2-プロパノール等の、6~7員環(特に、シクロヘキサン環)構造を有する第3級アルコールが好ましい。
 前記(b-1)としては、とりわけ、第2級アルコール(特に、単環式第2級アルコール)を少なくとも含有することが、表面修飾金属ナノ粒子(A)の初期分散性に優れ、且つ優れた分散性を長期安定的に維持することができる点で好ましい。第2級アルコールの含有量は、前記(b-1)全量の、例えば60重量%以上であることが好ましく、より好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は100重量%である。
 (炭化水素(b-2))
 前記(b-2)には脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、及び芳香族炭化水素が含まれる。本開示においては、なかでも、表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散性に特に優れる点で脂肪族炭化水素及び/又は脂環式炭化水素が好ましい。
 前記(b-2)の沸点は、(b-1)と同様の理由から、例えば130℃以上であることが好ましく、より好ましくは170℃以上、更に好ましくは190℃以上であり、特に前記表面修飾金属ナノ粒子(A)を高濃度に含有する場合(例えば、前記(A)の含有量(金属元素換算)が導電性インク全量の45重量%以上である場合)等は、200℃以上が好ましく、より好ましくは230℃以上、特に好ましくは250℃以上、最も好ましくは270℃以上である。また、沸点の上限は、例えば300℃である。
 前記脂肪族炭化水素としては、例えば、n-デカン、n-ドデカン、n-トリデカン、n-テトラデカン、n-ペンタデカン、n-ヘキサデカン、n-ヘプタデカン、n-オクタデカン、n-ノナデカン等の炭素数10以上(例えば、10~20)、なかでも、炭素数12以上(例えば12~20、好ましくは12~18)、とりわけ、炭素数14以上(例えば14~20、好ましくは14~18)の鎖状脂肪族炭化水素が好ましい。
 前記脂環式炭化水素としては、例えば、シクロヘキサン類、シクロヘキセン類、テルペン系6員環化合物、シクロヘプタン、シクロヘプテン、シクロオクタン、シクロオクテン、シクロデカン、シクロドデセン等の単環化合物;ビシクロ[2.2.2]オクタン、デカリン等の多環化合物が挙げられる。
 前記シクロヘキサン類には、例えば、エチルシクロヘキサン、n-プロピルシクロヘキサン、イソプロピルシクロヘキサン、n-ブチルシクロヘキサン、イソブチルシクロヘキサン、sec-ブチルシクロヘキサン、tert-ブチルシクロヘキサン等の6員環に炭素数2以上(例えば、2~5)のアルキル基を有する化合物;ビシクロヘキシル等が含まれる。
 前記テルペン系6員環化合物には、例えば、α-ピネン、β-ピネン、リモネン、α-テルピネン、β-テルピネン、γ-テルピネン、テルピノレン等が含まれる。
 前記(b-2)としては、とりわけ、脂肪族炭化水素(特に好ましくは鎖状脂肪族炭化水素、最も好ましくは炭素数15以上の鎖状脂肪族炭化水素)を少なくとも含有することが好ましい。脂肪族炭化水素の含有量は、前記(b-2)全量の、例えば60重量%以上であることが好ましく、より好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は100重量%である。
 (ポリビニルアセタール樹脂(C))
 本開示の導電性インクは、上記アルコール(b-1)に対して良好な溶解性を示すポリビニルアセタール樹脂(C)を、(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部含有する。その為、塗布性を損なうことなく、また、当該導電性インクの焼結体の導電性を損なうことなく、当該導電性インクの焼結体に優れた基板密着性(特に、ガラス基板等の平滑基板に対する密着性)を付与することができる。
 本開示のポリビニルアセタール樹脂(C)は、少なくとも、下記式(c)で表される繰り返し単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 上記式(c)中、Rは水素原子又は炭素数1~20のアルキル基を表す。特に限定されるものではないが、好ましくは上記式(c)中、Rは、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。より好ましくは、ポリビニルアセタール樹脂(C)は、上記式(c)中のRがプロピル基である、ポリビニルブチラール樹脂を含む。Rが炭素数1~3のアルキル基である場合、基板への密着性がより向上する。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)は上記式(c)で表さる繰り返し単位(すなわち、下記式(c-1)で表される繰り返し単位)以外にも他の繰り返し単位を有していてもよい。ポリビニルアセタール樹脂(C)としては、例えば、下記式(c-1)、(c-2)、及び(c-3)で表される繰り返し単位を有するものが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 また、本開示の導電性インクに含まれるポリビニルアセタール樹脂(C)は、特に限定されないが、好ましくは、FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域にピークを有する。ポリビニルアセタール樹脂(C)が、FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域にピークを有することにより、導電性インクの塗布性が向上するとともに、当該導電性インクの焼結体の導電性と、当該導電性インクの焼結体の基板密着性(特に、ガラス基板等の平滑基板に対する密着性)を向上することができる。
 ここで、「FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域のピーク」とは、ポリビニルアセタール樹脂(C)が所望の官能基を有することを帰属できる吸収ピークであることを意味する。FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域に現れる特徴的ピークにより帰属される官能基は、特に限定はされないが、例えば、カルボン酸、その塩、そのエステル、その無水物、その塩化物、又は、その他のカルボン酸の誘導体に由来するものであることが好ましい。
 前記ポリビニルアセタール樹脂(C)の重量平均分子量(GPCによるポリスチレン換算分子量)としては、例えば0.1×104~30.0×104、好ましくは0.5×104~20.0×104、特に好ましくは0.5×104~10.0×104、最も好ましくは0.5×104~5.0×104、とりわけ好ましくは0.5×104~3.0×104である。ポリビニルアセタール樹脂(C)の分子量が0.1×104以上であると、当該ポリビニルアセタール樹脂(C)を含有する導電性インクの焼結体に優れた基板密着性(特に、ガラス基板等の平滑基板に対する密着性)を付与することができる。また、ポリビニルアセタール樹脂(C)の分子量が30.0×104以下であると、当該ポリビニルアセタール樹脂(C)を含有する導電性インクは良好な塗布性を有し、低温で短時間の焼結でも良好な導電性を有する焼結体が得られる。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)の分子量が上記範囲を上回ると、分散媒(B)に対する溶解性が低下する傾向があり、たとえ分散媒(B)に溶解しても、良好な塗布性が得られにくくなる傾向がある。また、ポリビニルアセタール樹脂(C)の分子量が上記範囲を下回ると、導電性インクに添加しても、基板密着性を付与する効果が得られにくくなる傾向がある。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)のガラス転移温度(Tg)は、例えば50~90℃、より好ましくは55~85℃、更に好ましくは60~80℃である。尚、ポリビニルアセタール樹脂(C)のガラス転移温度(Tg)は、例えば、示差走査熱量測定(DSC)、動的粘弾性測定等により測定することができる。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)の10重量%エタノール/トルエン溶液(エタノール:トルエン混合比1:1)の粘度(測定温度20℃)は、例えば5~200mPa・s、好ましくは7~100mPa・s、特に好ましくは9~50mPa・sである。尚、粘度は落球式粘度計(例えば、Lovis2000M)又は回転粘度計(例えば、BM型)を用いて測定することができる。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)は、例えば、ポリビニルアルコールにアルデヒドを反応させることにより製造することができる。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)としては、例えば、商品名「Mowital B14S」、「Mowital B16H」、「Mowital B20H」(以上、(株)クラレ製)「エスレックBL-1」、「エスレックBL-10」、「エスレックBL-S」「エスレックSV-02」、「エスレックSV-05」、「エスレックSV-06」、「エスレックSV-12」、「エスレックSV-22」、「エスレックSV-16」、「エスレックSV-26」(以上、(株)積水化学製)を用いることができる。
 本開示の導電性インクは、上記(A)~(C)成分以外にも、例えば、分散剤、表面エネルギー調整剤、可塑剤、レベリング剤、消泡剤、後述の分散安定化剤等の添加剤を必要に応じて含有することができる。
 (導電性インクの製造方法)
 本開示の導電性インクは、例えば、金属化合物と有機保護剤とを混合して、前記金属化合物と有機保護剤を含む錯体を生成させる工程(錯体生成工程)、前記錯体を熱分解させる工程(熱分解工程)、及び、必要に応じて反応生成物を洗浄する工程(洗浄工程)を経て表面修飾金属ナノ粒子(A)を製造し、得られた表面修飾金属ナノ粒子(A)に、分散媒(B)とポリビニルアセタール樹脂(C)とを混合する工程(導電性インクの調製工程)を経て製造することができる。
 (錯体生成工程)
 錯体生成工程は、金属化合物と有機保護剤とを混合して、金属化合物と有機保護剤を含む錯体を生成する工程である。本開示においては、前記金属化合物として銀化合物を使用することが、ナノサイズの銀粒子は100℃程度の温度で相互に融着するため、耐熱性の低い汎用プラスチック基板上にも導電性に優れた配線等を形成することができる点で好ましく、特に、加熱により容易に分解して、金属銀を生成する銀化合物を使用することが好ましい。このような銀化合物としては、例えば、ギ酸銀、酢酸銀、シュウ酸銀、マロン酸銀、安息香酸銀、フタル酸銀等のカルボン酸銀;フッ化銀、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀等のハロゲン化銀;硫酸銀、硝酸銀、炭酸銀等を挙げることができる。本開示においては、なかでも、銀含有率が高く、且つ、還元剤を使用することなく熱分解することができ、導電性インクに還元剤由来の不純物が混入しにくい点で、シュウ酸銀が好ましい。
 有機保護剤としては、ヘテロ原子中の非共有電子対が金属ナノ粒子に配位することで、金属ナノ粒子間の凝集を強力に抑制する効果を発揮することができる点で、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物が好ましく、特に、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する炭素数4~18の化合物が好ましい。
 有機保護剤としては、特にアミノ基を有する化合物が好ましく、最も好ましくはアミノ基を有する炭素数4~18の化合物、すなわち炭素数4~18のアミンである。
 前記アミンはアンモニアの少なくとも1つの水素原子が炭化水素基で置換された化合物であり、第一級アミン、第二級アミン、及び第三級アミンが含まれる。また、前記アミンはモノアミンであっても、ジアミン等の多価アミンであってもよい。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
 前記アミンとしては、なかでも、下記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は1価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が6以上であるモノアミン(1)、下記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は1価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が5以下であるモノアミン(2)、及び下記式(a-2)で表され、式中のR4~R7は同一又は異なって、水素原子又は1価の炭化水素基であり、R8は2価の炭化水素基であり、総炭素数が8以下であるジアミン(3)から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、特に、前記モノアミン(1)と、モノアミン(2)及び/又はジアミン(3)とを併せて含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 前記炭化水素基には、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、及び芳香族炭化水素基が含まれるが、なかでも脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基が好ましく、特に脂肪族炭化水素基が好ましい。従って、上記モノアミン(1)、モノアミン(2)、ジアミン(3)としては、脂肪族モノアミン(1)、脂肪族モノアミン(2)、脂肪族ジアミン(3)が好ましい。
 また、1価の脂肪族炭化水素基には、アルキル基及びアルケニル基が含まれる。1価の脂環式炭化水素基には、シクロアルキル基及びシクロアルケニル基が含まれる。更に、2価の脂肪族炭化水素基には、アルキレン基及びアルケニレン基が含まれ、2価の脂環式炭化水素基には、シクロアルキレン基及びシクロアルケニレン基が含まれる。
 R1、R2、R3における1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基等の炭素数1~18程度のアルキル基;ビニル基、アリル基、メタリル基、1-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基等の炭素数2~18程度のアルケニル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の炭素数3~18程度のシクロアルキル基;シクロペンテニル基、シクロへキセニル基等の炭素数3~18程度のシクロアルケニル基等を挙げることができる。
 R4~R7における1価の炭化水素基としては、例えば、上記例示のうち、炭素数1~7程度のアルキル基、炭素数2~7程度のアルケニル基、炭素数3~7程度のシクロアルキル基、炭素数3~7程度のシクロアルケニル基等を挙げることができる。
 R8における2価の炭化水素基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘプタメチレン基等の炭素数1~8のアルキレン基;ビニレン基、プロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘプテニレン基、オクテニレン基等の炭素数2~8のアルケニレン基等を挙げることができる。
 上記R1~R8における炭化水素基は、種々の置換基[例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基(例えば、C1-4アルコキシ基、C6-10アリールオキシ基、C7-16アラルキルオキシ基、C1-4アシルオキシ基等)、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基(例えば、C1-4アルコキシカルボニル基、C6-10アリールオキシカルボニル基、C7-16アラルキルオキシカルボニル基等)、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、複素環式基等]を有していてもよい。また、前記ヒドロキシル基やカルボキシル基は有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。
 モノアミン(1)は、金属ナノ粒子の表面に吸着することにより、金属ナノ粒子が凝集して肥大化することを抑制する、すなわち、金属ナノ粒子に高分散性を付与する機能を有する化合物であり、例えば、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン、n-ウンデシルアミン、n-ドデシルアミン等の直鎖状アルキル基を有する第一級アミン;イソヘキシルアミン、2-エチルヘキシルアミン、tert-オクチルアミン等の分岐鎖状アルキル基を有する第一級アミン;シクロヘキシルアミン等のシクロアルキル基を有する第一級アミン;オレイルアミン等のアルケニル基を有する第一級アミン等;N,N-ジプロピルアミン、N,N-ジブチルアミン、N,N-ジペンチルアミン、N,N-ジヘキシルアミン、N,N-ジペプチルアミン、N,N-ジオクチルアミン、N,N-ジノニルアミン、N,N-ジデシルアミン、N,N-ジウンデシルアミン、N,N-ジドデシルアミン、N-プロピル-N-ブチルアミン等の直鎖状アルキル基を有する第二級アミン;N,N-ジイソヘキシルアミン、N,N-ジ(2-エチルヘキシル)アミン等の分岐鎖状アルキル基を有する第二級アミン;トリブチルアミン、トリヘキシルアミン等の直鎖状アルキル基を有する第三級アミン;トリイソヘキシルアミン、トリ(2-エチルヘキシル)アミン等の分岐鎖状アルキル基を有する第三級アミン等が挙げられる。
 上記モノアミン(1)のなかでも、アミノ基が金属ナノ粒子表面に吸着した際に他の金属ナノ粒子との間隔を確保できるため、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐ効果が得られ、且つ焼結時には容易に除去できる点で、総炭素数6~18(総炭素数の上限は、より好ましくは16、特に好ましくは12である)の直鎖状アルキル基を有するアミン(特に、第一級アミン)が好ましく、とりわけ、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン、n-ウンデシルアミン、n-ドデシルアミン等が好ましい。
 モノアミン(2)は、モノアミン(1)に比べると炭化水素鎖が短いので、それ自体は金属ナノ粒子に高分散性を付与する機能は低いが、前記モノアミン(1)より極性が高く金属原子への配位能が高いため、錯体形成促進効果を有する。また、炭化水素鎖が短いため、低温焼結においても、短時間(例えば30分間以下、好ましくは20分間以下)で金属ナノ粒子表面から除去することができ、導電性に優れた焼結体が得られる。
 モノアミン(2)としては、例えば、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、sec-ブチルアミン、tert-ブチルアミン、ペンチルアミン、イソペンチルアミン、tert-ペンチルアミン等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5(好ましくは総炭素数4~5)の第一級アミンや、N,N-ジエチルアミン等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5(好ましくは総炭素数4~5)の第二級アミンを挙げることができる。本開示においては、なかでも、直鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5(好ましくは総炭素数4~5)の第一級アミンが好ましい。
 ジアミン(3)の総炭素数は8以下であり、前記モノアミン(1)より極性が高く金属原子への配位能が高いため、錯体形成促進効果を有する。また、前記ジアミン(3)は、錯体の熱分解工程において、より低温且つ短時間での熱分解を促進する効果があり、ジアミン(3)を使用すると表面修飾金属ナノ粒子の製造をより効率的に行うことができる。さらに、ジアミン(3)を含む保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子は、極性の高い分散媒中において優れた分散安定性を発揮する。さらに、前記ジアミン(3)は、炭化水素鎖が短いため、低温焼結でも、短時間(例えば30分間以下、好ましくは20分間以下)で金属ナノ粒子表面から除去することができ、導電性に優れた焼結体が得られる。
 前記ジアミン(3)としては、例えば、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,5-ペンタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,5-ジアミノ-2-メチルペンタン等の、式(a-2)中のR4~R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン;N,N'-ジメチルエチレンジアミン、N,N'-ジエチルエチレンジアミン、N,N'-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N'-ジエチル-1,3-プロパンジアミン、N,N'-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、N,N'-ジエチル-1,4-ブタンジアミン、N,N'-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン等の式(a-2)中のR4、R6が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R5、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン;N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジエチルエチレンジアミン、N,N-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N-ジエチル-1,3-プロパンジアミン、N,N-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、N,N-ジエチル-1,4-ブタンジアミン、N,N-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン等の式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン等を挙げることができる。
 これらのなかでも、前記式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン[特に、式(a-2)中のR4、R5が直鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状アルキレン基であるジアミン]が好ましい。
 式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であるジアミン、すなわち第一級アミノ基と第三級アミノ基を有するジアミンは、前記第一級アミノ基は金属原子に対して高い配位能を有するが、前記第三級アミノ基は金属原子に対する配位能が乏しいため、形成される錯体が過剰に複雑化することが防止され、それにより、錯体の熱分解工程において、より低温且つ短時間での熱分解が可能となる。これらのなかでも、低温焼結において短時間で金属ナノ粒子表面から除去できる点から、総炭素数6以下(例えば1~6、好ましくは4~6)のジアミンが好ましく、総炭素数5以下(例えば1~5、好ましくは4~5)のジアミンがより好ましい。
 本開示の導電性インクに含まれる有機保護剤全量におけるモノアミン(1)の含有量の占める割合、及びモノアミン(2)とジアミン(3)の合計含有量の占める割合としては、下記範囲であることが好ましい。
 モノアミン(1)の含有量:例えば5~65モル%(下限は、好ましくは10モル%、特に好ましくは20モル%、最も好ましくは30モル%である。また、上限は、好ましくは60モル%、特に好ましくは50モル%である)
 モノアミン(2)とジアミン(3)の合計含有量:例えば35~95モル%(下限は、好ましくは40モル%、特に好ましくは50モル%である。また、上限は、好ましくは90モル%、特に好ましくは80モル%、最も好ましくは70モル%である)
 本開示の導電性インクに含まれる有機保護剤全量におけるモノアミン(2)の含有量の占める割合、及びジアミン(3)の含有量の占める割合としては、下記範囲であることが好ましい。
 モノアミン(2)の含有量:例えば5~65モル%(下限は、好ましくは10モル%、特に好ましくは20モル%、最も好ましくは30モル%である。また、上限は、好ましくは60モル%、特に好ましくは50モル%である)
 ジアミン(3)の含有量:例えば5~50モル%(下限は、好ましくは10モル%である。また、上限は、好ましくは40モル%、特に好ましくは30モル%である)
 モノアミン(1)を上記範囲で含有することにより、金属ナノ粒子の分散安定性が得られる。モノアミン(1)の含有量が上記範囲を下回ると、金属ナノ粒子が凝集し易くなる傾向がある。一方、モノアミン(1)の含有量が上記範囲を上回ると、焼結温度が低い場合は短時間で金属ナノ粒子表面から有機保護剤を除去することが困難となり、得られる焼結体の導電性が低下する傾向がある。
 前記モノアミン(2)を上記範囲で含有することにより、錯体形成促進効果が得られる。また、焼結温度が低くても短時間で有機保護剤を金属ナノ粒子表面から除去することが可能となり、導電性に優れた焼結体が得られる。
 前記ジアミン(3)を上記範囲で含有することにより、錯体形成促進効果及び錯体の熱分解促進効果が得られやすい。また、ジアミン(3)を含む保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子は、極性の高い分散媒中において優れた分散安定性を発揮する。
 本開示においては、金属化合物の金属原子への配位能が高いモノアミン(2)及び/又はジアミン(3)を用いると、それらの使用割合に応じて、モノアミン(1)の使用量を減量することができ、焼結温度が低くても短時間で金属ナノ粒子表面から有機保護剤を除去することが可能となり、導電性に優れた焼結体が得られる点で好ましい。
 本開示において有機保護剤として使用するアミンには上記モノアミン(1)、モノアミン(2)、及びジアミン(3)以外にも他のアミンを含有していても良いが、保護剤に含まれる全アミンに占める上記モノアミン(1)、モノアミン(2)、及びジアミン(3)の合計含有量の割合は、例えば60重量%以上が好ましく、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は100重量%である。すなわち、他のアミンの含有量は、40重量%以下が好ましく、特に好ましくは20重量%以下、最も好ましくは10重量%以下である。
 有機保護剤[特に、モノアミン(1)+モノアミン(2)+ジアミン(3)]の使用量は特に限定されないが、原料の前記金属化合物の金属原子1モルに対して、1~50モル程度が好ましく、特に好ましくは2~50モル、最も好ましくは6~50モルである。有機保護剤の使用量が上記範囲を下回ると、錯体の生成工程において、錯体に変換されない金属化合物が残存しやすくなり、金属ナノ粒子に十分な分散性を付与することが困難となる傾向がある。
 本開示においては、金属ナノ粒子の分散性をさらに向上させることを目的に、有機保護剤として、アミノ基を有する化合物と共に、カルボキシル基を有する化合物(例えばカルボキシル基を有する炭素数4~18の化合物、好ましくは炭素数4~18の脂肪族モノカルボン酸)を1種又は2種以上含有しても良い。
 前記脂肪族モノカルボン酸としては、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、エイコセン酸等の炭素数8以上の不飽和脂肪族モノカルボン酸を挙げることができる。
 これらのなかでも、炭素数8~18の飽和又は不飽和脂肪族モノカルボン(特に、オクタン酸、オレイン酸等)が好ましい。前記脂肪族モノカルボン酸のカルボキシル基が金属ナノ粒子表面に吸着した際に、炭素数8~18の飽和又は不飽和脂肪族炭化水素鎖が立体障害となることにより他の金属ナノ粒子との間隔を確保することができ、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐ作用が向上する。
 前記カルボキシル基を有する化合物の使用量としては、金属化合物の金属原子1モルに対して、例えば0.05~10モル程度、好ましくは0.1~5モル、特に好ましくは0.5~2モルである。前記カルボキシル基を有する化合物の使用量が、上記範囲を下回ると、分散安定性向上効果が得られにくい。一方、前記カルボキシル基を有する化合物を過剰に使用しても分散安定性向上効果は飽和する一方で、低温焼結で除去することが困難となる傾向がある。
 有機保護剤と金属化合物との反応は、分散媒の存在下又は不存在下で行われる。前記分散媒としては、例えば、炭素数3以上のアルコールを使用することができる。
 前記炭素数3以上のアルコールとしては、例えば、n-プロパノール(沸点:97℃)、イソプロパノール(沸点:82℃)、n-ブタノール(沸点:117℃)、イソブタノール(沸点:107.89℃)、sec-ブタノール(沸点:99.5℃)、tert-ブタノール(沸点:82.45℃)、n-ペンタノール(沸点:136℃)、n-ヘキサノール(沸点:156℃)、n-オクタノール(沸点:194℃)、2-オクタノール(沸点:174℃)等が挙げられる。これらのなかでも、後に行われる錯体の熱分解工程の温度を高く設定できること、得られる表面修飾金属ナノ粒子の後処理での利便性の点で、炭素数4~6のアルコールが好ましく、特に、n-ブタノール、n-ヘキサノールが好ましい。
 また、分散媒の使用量は、金属化合物100重量部に対して、例えば120重量部以上、好ましくは130重量部以上、より好ましくは150重量部以上である。尚、分散媒の使用量の上限は、例えば1000重量部、好ましくは800重量部、特に好ましくは500重量部である。
 有機保護剤と金属化合物との反応は、常温(5~40℃)で行うことが好ましい。前記反応には、金属化合物への有機保護剤の配位反応による発熱を伴うため、上記温度範囲となるように、適宜冷却しつつ行ってもよい。
 有機保護剤と金属化合物との反応時間は、例えば30分~3時間程度である。これにより、金属-有機保護剤の錯体(有機保護剤としてアミンを使用した場合は、金属-アミン錯体)が得られる。
 (熱分解工程)
 熱分解工程は、錯体生成工程を経て得られた金属-有機保護剤の錯体を熱分解させて、表面修飾金属ナノ粒子を形成する工程である。金属-有機保護剤の錯体を加熱することにより、金属原子に対する有機保護剤の配位結合を維持したままで金属化合物が熱分解して金属原子を生成し、次に、有機保護剤が配位した金属原子が凝集して、有機保護膜で被覆された金属ナノ粒子が形成されると考えられる。
 前記熱分解は、分散媒の存在下で行うことが好ましく、分散媒としては上述のアルコールを好適に使用することができる。また、熱分解温度は、表面修飾金属ナノ粒子が生成する温度であればよく、金属-有機保護剤の錯体がシュウ酸銀-有機保護剤の錯体である場合には、例えば80~120℃程度、好ましくは95~115℃、特に好ましくは100~110℃である。表面修飾金属ナノ粒子の表面修飾部の脱離を防止する観点から、前記温度範囲内のなるべく低温で行うことが好ましい。熱分解時間は、例えば10分~5時間程度である。
 また、金属-有機保護剤の錯体の熱分解は、空気雰囲気下や、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
 (洗浄工程)
 金属-有機保護剤の錯体の熱分解反応終了後、過剰の有機保護剤が存在する場合は、これを除去するために、デカンテーションを1回、又は2回以上繰り返して行うことが好ましい。また、デカンテーション終了後の表面修飾金属ナノ粒子は、乾燥・固化することなく、湿潤状態のままで後述の導電性インクの調製工程へ供することが、表面修飾金属ナノ粒子の再凝集を抑制することができ、高分散性を維持することができる点で好ましい。
 デカンテーションは、例えば、懸濁状態の表面修飾金属ナノ粒子を洗浄剤で洗浄し、遠心分離により表面修飾金属ナノ粒子を沈降させ、上澄み液を除去する方法により行われる。前記洗浄剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール等の、炭素数1~4(好ましくは1~2)の直鎖状又は分岐鎖状アルコールを1種又は2種以上使用することが、表面修飾金属ナノ粒子の沈降性が良好であり、洗浄後、遠心分離により効率よく洗浄剤を分離・除去することができる点で好ましい。
 (導電性インクの調製工程)
 導電性インクの調製工程は、上記工程を経て得られた表面修飾金属ナノ粒子(A)(好ましくは、湿潤状態の表面修飾金属ナノ粒子(A))と分散媒(B)とポリビニルアセタール樹脂(C)と、必要に応じて添加剤とを混合して、本開示の導電性インクを調製する工程である。前記混合には、例えば、自公転式撹拌脱泡装置、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、3本ロールミル、ビーズミル等の一般的に知られる混合用機器を使用することができる。また、各成分は、同時に混合してもよいし、逐次混合してもよい。各成分の配合割合は、下記範囲において、適宜調整することができる。
 導電性インクの調製工程の手順は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアセタール樹脂(C)と、添加剤として上記の分散安定化剤とを、上記分散媒(B)に溶解させた後に、表面修飾金属ナノ粒子(A)と混合することが、導電性インクの分散安定性の観点から、好ましい。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)と混合する分散安定化剤としては、特に限定されないが、例えば、少なくともアミノ基を有する化合物を用いることができる。分散安定化剤としての「少なくともアミノ基を有する化合物」としては、上述の有機保護剤としての「少なくともアミノ基を有する化合物」と同様の化合物を用いることができる。分散安定化剤は、表面修飾金属ナノ粒子(A)の調製に使用する有機保護剤と同じであっても、異なっていてもよい。
 ポリビニルアセタール樹脂(C)と混合する分散安定化剤の使用量は、特に限定されないが、ポリビニルアセタール樹脂(C)100重量部に対して、導電性インクの分散安定性の観点から、10~500重量部が好ましく、50~300重量部がより好ましい。
 本開示の導電性インク全量(100重量%)における、表面修飾金属ナノ粒子(A)の含有量(金属元素換算)は、例えば35~70重量%程度である。下限は、より高膜厚の塗膜若しくは焼結体が得られる観点から、好ましくは40重量%、特に好ましくは45重量%、最も好ましくは50重量%、とりわけ好ましくは55重量%である。上限は、塗布性(インクジェット印刷法で塗布する場合は、ヘッドノズルからの射出安定性)の観点から、好ましくは65重量%、特に好ましくは60重量%である。
 本開示の導電性インクにおける、分散媒(B)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して、例えば20~100重量部、好ましくは30~90重量部、より好ましくは40~80重量部、更に好ましくは50~75重量部、特に好ましくは55~75重量部、最も好ましくは60~75重量部である。
 本開示の導電性インク全量(100重量%)における、分散媒(B)の含有量は、例えば20~65重量%、好ましくは25~60重量%、更に好ましくは30~55重量%、最も好ましくは30~50重量%である。本開示の導電性インクは、分散媒(B)を前記範囲で含有するため塗布性に優れ、例えば、インクジェット印刷法で塗布する場合は、ヘッドのノズルからの射出安定性を良好に維持することが可能となる。
 前記(b-1)(特に、単環式第2級アルコール)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して例えば15~70重量部、好ましくは20~60重量部、特に好ましくは30~55重量部、最も好ましくは35~55重量部である。
 前記(b-2)(特に、脂肪族炭化水素)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して例えば5~50重量部、好ましくは10~40重量部、特に好ましくは15~30重量部、最も好ましくは15~28重量部である。
 本開示の導電性インクに含まれる分散媒(B)全量における前記(b-1)と前記(b-2)との含有量の比((b-1)/(b-2))は、例えば40/60~95/5、好ましくは45/55~90/10、より好ましくは50/50~85/15、特に好ましくは、60/40~80/20である。前記(b-1)の含有量が上記範囲を下回ると、塗膜の平滑性が低下する傾向がある。その他、低温焼結性が低下する傾向がある。一方、前記(b-2)の含有量が上記範囲を下回ると、塗布性が低下する傾向がある。
 本開示における分散媒(B)は、前記(b-1)と前記(b-2)以外にも、他の分散媒を1種又は2種以上含有していても良いが、前記(b-1)と前記(b-2)との合計含有量が分散媒(B)全量の70重量%以上であることが好ましく、特に好ましくは75重量%以上、最も好ましくは80重量%以上である。従って、他の分散媒の含有量(2種以上含有する場合はその総量)は、分散媒(B)全量の30重量%以下であることが好ましく、特に好ましくは25重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。他の分散媒の含有量が上記範囲を上回ると、増粘により塗布性が低下したり、金属ナノ粒子が凝集し易くなり、分散性が低下する傾向がある。
 更に、本開示の導電性インクに含まれる分散媒(B)全量(100重量%)における、第1級アルコールの含有量は、例えば30重量%以下程度であることが好ましく、より好ましくは25重量%以下、特に好ましくは20重量%以下、最も好ましくは15重量%以下、とりわけ好ましくは5重量%以下である。
 本開示の導電性インクにおけるポリビニルアセタール樹脂(C)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部(金属元素換算)に対して0.1~5.0重量部であり、下限は、好ましくは0.2重量部、特に好ましくは0.3重量部、最も好ましくは0.4重量部、とりわけ好ましくは0.5重量部である。また、上限は、好ましくは3.0重量部、特に好ましくは2.0重量部、最も好ましくは1.0重量部である。ポリビニルアセタール樹脂(C)を0.1重量部以上の範囲で使用すると、基板密着性に優れた焼結体が得られる。また、ポリビニルアセタール樹脂(C)を5.0重量部以下の範囲で使用すると、導電性に優れた焼結体が得られる。
 本開示の導電性インク全量(100重量%)における、ポリビニルアセタール樹脂(C)の含有量は、0.05~3.0重量%であり、下限は、好ましくは0.1重量%、特に好ましくは0.15重量%、最も好ましくは0.2重量%、とりわけ好ましくは0.25重量%である。また、上限は、好ましくは2.5重量%、特に好ましくは2.0重量%、最も好ましくは1.0重量%である。ポリビニルアセタール樹脂(C)を0.05重量%以上の範囲で使用すると、基板密着性に優れた焼結体が得られる。また、ポリビニルアセタール樹脂(C)を3.0重量%以下の範囲で使用すると、導電性に優れた焼結体が得られる。
 また、本開示の導電性インクは、ポリビニルアセタール樹脂(C)以外にも他のポリマー(分子量が0.1×104以上である化合物)を含有していても良いが、導電性インクに含まれる全ポリマーにおける、ポリビニルアセタール樹脂(C)の占める割合は、例えば、50重量%以上、好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は、100重量%である。
 従って、他のポリマーの含有量は、導電性インクに含まれる全ポリマーの、例えば、50重量%以下、好ましくは30重量%以下、特に好ましくは20重量%以下、最も好ましくは10重量%以下である。尚、下限は、ゼロである。
 また、本開示の導電性インク全量(100重量%)における、表面修飾金属ナノ粒子(A)と分散媒(B)とポリビニルアセタール樹脂(C)の合計の占める割合は、例えば70重量%以上、好ましくは80重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。
 本開示の導電性インクの粘度は、回転式粘度計(例えば、Lovis2000Mなど)、毛細管式粘度計、落球式粘度計(例えば、BM型など)、カップ式粘度計などを用いて測定することができる。本開示の導電性インクの25℃における粘度は、例えば落球式粘度計を用いた場合、100mPa・s以下(例えば、2~100mPa・s)であり、好ましくは3~15mPa・s、特に好ましくは5~15mPa・sである。尚、25℃における粘度が、落球式粘度計を用いる以外の方法で測定した場合に上記範囲外となる導電性インクであっても、落球式粘度計を用いて測定すれば上記範囲内となるのであれば、それは本開示の導電性インクである。
 本開示の導電性インクは分散安定性に優れ、例えば金属濃度65重量%の導電性インクを5℃で保管した場合、1ヶ月間以上の期間において金属ナノ粒子の凝集を抑制することができる。
 本開示の導電性インクは上述の通り低粘度で塗布性に優れる。その上、表面修飾金属ナノ粒子(A)の分散安定性に優れ、表面修飾金属ナノ粒子(A)を高濃度に含有しても良好な塗布性を維持することができる。また、本開示の導電性インクは低温焼結性に優れ、低温焼結により基板密着性及び導電性に優れた焼結体が得られる。そのため、本開示の導電性インクは、インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷、スプレー印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷等の印刷法によって、基板(特に、汎用プラスチック基板等の耐熱性の低い基板や、ガラス基板等の耐熱性は高いが表面が平滑でアンカー効果が得られにくい基板)に配線等を形成する用途に好適に使用することができる。
 [電子デバイスの製造方法]
 本開示の電子デバイスの製造方法は、基板上に、上記導電性インクを、インクジェット印刷法、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷、スプレー印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法により塗布する工程、及び焼結する工程を含む。
 導電性インクを塗布して得られる塗膜の厚みとしては、当該塗膜を焼結して得られる焼結体の厚みが例えば0.1~5μm(好ましくは、0.5~2μm)となる範囲であることが好ましい。
 本開示の電子デバイスの製造方法では、上記導電性インクを使用するため、低温で焼結が可能であり、焼結温度は、例えば120℃以下(焼結温度の下限は、例えば60℃であり、短時間で焼結可能な点で100℃がより好ましい)、特に好ましくは115℃以下、最も好ましくは110℃以下である。焼結時間は、例えば0.1~3時間、好ましくは0.5~2時間、特に好ましくは0.5~1時間である。
 本開示の導電性インクを使用すれば、低温焼結でも(例えば、120℃で30分のような、低温で短時間の焼結でも)、金属ナノ粒子の焼結が十分に進行する。その結果、優れた基板密着性を有する焼結体(特に、ガラス等の表面平滑性に優れた基板に対しても優れた密着性を有する焼結体)が得られる。そのため、前記焼結体に、例えば損傷防止等を目的として表面に保護フィルムを貼り合わせても、前記保護フィルムを剥がす際に焼結体が一緒に剥がれることがない。
 また、本開示の導電性インクを使用すれば、低温焼結でも(例えば、120℃で30分のような、低温で短時間の焼結でも)、金属ナノ粒子の焼結が十分に進行する。その結果、優れた導電性を有する(体積抵抗率は、例えば10μΩcm以下、好ましくは8μΩcm以下)焼結体が得られる。尚、焼結体の導電性(若しくは、体積抵抗率)は実施例に記載の方法で測定できる。
 本開示の導電性インクを使用すれば上記の通り基板に対して優れた密着性を有する焼結体が得られるので、基板としては、ガラス基板等の表面が平滑でアンカー効果が得られにくい基板を好適に用いることができる。
 また、本開示の導電性インクを使用すれば上記の通り低温焼結が可能であるので、基板としては、ガラス基板や、ポリイミド系フィルム等の耐熱性プラスチック基板の他に、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム等のポリエステル系フィルム、ポリプロピレン等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も好適に用いることができる。
 本開示の電子デバイスの製造方法によれば、基板上に、上記のように導電性及び基板密着性に優れた焼結体からなる配線等を備えた電子デバイスが、簡便且つ安価に得られる。
 本開示の電子デバイスは、例えば、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シールド等に好適に用いられる。
 本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
 以下、実施例により本開示の発明をより具体的に説明するが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の発明の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
 調製例1(表面修飾銀ナノ粒子の調製)
 錯体生成工程
 硝酸銀(和光純薬工業(株)製)とシュウ酸二水和物(和光純薬工業(株)製)から、シュウ酸銀(分子量:303.78)を得た。
 500mLフラスコに前記シュウ酸銀20.0g(65.8mmol)を仕込み、これに、n-ブタノール30.0gを添加し、シュウ酸銀のn-ブタノールスラリーを調製した。
 このスラリーに、30℃で、n-ブチルアミン(分子量:73.14、(株)ダイセル製)57.8g(790.1mmol)、n-ヘキシルアミン(分子量:101.19、東京化成工業(株)製)40.0g(395.0mmol)、n-オクチルアミン(分子量:129.25、商品名「ファーミン08D」、花王(株)製)38.3g(296.3mmol)、n-ドデシルアミン(分子量:185.35、商品名「ファーミン20D」、花王(株)製)18.3g(98.8mmol)、及びN,N-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(分子量:102.18、広栄化学工業(株)製)40.4g(395.0mmol)のアミン混合液を滴下した。
 滴下後、30℃で2時間撹拌して、シュウ酸銀とアミンの錯形成反応を進行させ、白色物質(シュウ酸銀-アミン錯体)を得た。
 熱分解工程
 シュウ酸銀-アミン錯体の形成後に、反応液温度を30℃から105℃程度(103~108℃)まで昇温し、その後、前記温度を保持した状態で1時間加熱して、シュウ酸銀-アミン錯体を熱分解させて、濃青色の表面修飾銀ナノ粒子がアミン混合液中に懸濁した懸濁液を得た。
 洗浄工程
 冷却後、得られた懸濁液にメタノール200gを加えて撹拌し、その後、遠心分離により表面修飾銀ナノ粒子を沈降させ、上澄み液を除去し、再度、メタノール60gを加えて撹拌し、その後、遠心分離により表面修飾銀ナノ粒子を沈降させ、上澄み液を除去した。このようにして、湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子を得た。
 実施例1(銀インクの調製)
 下記表1に記載の処方(単位:重量部)に従って表面修飾銀ナノ粒子以外の各成分をはかり取り、80℃のオイルバス中で1時間撹拌し、その後、表1に記載の処方に従って湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子と混合して、濃青色の銀インク(1)(銀濃度:50重量%)を得た。
 得られた銀インク(1)について、分析装置として商品名「ゼータナノサイザーシリーズ ナノ-S」(マルバーン社製)を使用して、動的光散乱法にて、表面修飾銀ナノ粒子の平均粒子径を確認したところ、25nmであった。
 実施例2~8、比較例1~6
 下記表1、2に記載の通りに処方を変更した以外は実施例1と同様に行って銀インク(銀濃度:50重量%)を得た。
 実施例及び比較例で得られた銀インクについて、下記方法で粘度、射出性を測定・評価した。また、実施例及び比較例で得られた銀インクの焼結体の基板密着性及び導電性について下記方法により評価した。
(銀インクの粘度測定)
 実施例及び比較例で得られた銀インクの粘度(mPa・s)は、落球式粘度計(商品名「Lovis2000M」,Anton Paar社製)を用いて、25℃において測定した。
(銀インクの射出性評価)
 実施例及び比較例で得られた銀インクを、インクジェットプリンタ(商品名「インクジェットヘッドKM512-SHX」、コニカミノルタ(株)製)を使用して射出試験を行い、下記基準で射出性を評価した。
 評価基準
 射出性良好(○):良好に射出できた
 射出性不良(×):飛行曲がりが生じた、又はノズル口が目詰まりして射出できなかった
(焼結体の基板密着性評価)
 実施例及び比較例で得られた銀インクを無アルカリガラス板上に塗布して塗膜を形成した。得られた塗膜について、ホットプレートを使用して、120℃で30分間焼結し、およそ1μm厚みの焼結体を得た。
 得られた焼結体/無アルカリガラス板積層体について下記方法により基板密着性評価試験を行った。
 すなわち、焼結体/無アルカリガラス板積層体の焼結体表面に、カッターナイフを用いて、1mm間隔で縦方向に11本の切り傷をつけ、さらに縦方向の切り傷に対して直交するように横方向に11本の切り傷をつけ、100マスの碁盤目を作製した。この碁盤目に粘着テープ(商品名「紙粘着テープNo.209」,ニチバン製)を強く圧着させ、前記粘着テープを剥離した際に、無アルカリガラス板上に残った焼結体の割合(残存率:%)から基板密着性を評価した。
(焼結体の導電性評価)
 焼結体の基板密着性評価と同様の方法で得られた焼結体について、4端子法(ロレスタGP MCP-T610)を用いて表面抵抗値を測定し、下記式から体積抵抗率を算出して導電性を評価した。
 体積抵抗率(μΩcm)=表面抵抗率×膜厚
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表中で各成分は以下の通りである。
<表面修飾金属ナノ粒子>
・表面修飾銀ナノ粒子:調製例1で得られた表面修飾銀ナノ粒子
<分散媒>
・テトラデカン:沸点253℃、東京化成工業(株)製試薬
・(±)-メントール:沸点212℃、東京化成工業(株)製試薬
<ポリマー>
・SV-02:ポリビニルブチラール樹脂、商品名「エスレック SV-02」、積水化学工業(株)製
・BL-1:ポリビニルブチラール樹脂、商品名「エスレック BL-1」、積水化学工業(株)製
・B14S:ポリビニルブチラール樹脂、商品名「Mowital B14S」、(株)クラレ製
・ASPU-121:ポリエーテルウレタン樹脂、商品名「クリスボン ASPU-121」、DIC(株)製
・KC1100:アクリル樹脂、商品名「KC-1100、共栄社化学(株)製」
・UC-102:イソプレンゴム、商品名「クラプレン UC-102、(株)クラレ製」
<アミン混合液>
・調製例1に記載のアミン混合液
 実施例で使用したポリビニルブチラール樹脂である「SV-02」について、でFT-IR(商品名「IRAffinity-1」,島津製作所社製)により、KBr法でスペクトルを測定した。
 上記「SV-02」のFT-IRスペクトルの1600~2000cm-1の領域の吸収ピークを図1に示す。カルボン酸に帰属される「1772.58cm-1」のピークが確認された。
 上記で説明した本開示のバリエーションを以下に付記する。
[1]下記(A)、(B)、及び(C)成分を含み、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部であり、25℃における粘度が100mPa・s以下である導電性インク。
(A)成分:金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子
(B)成分:アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む分散媒
(C)成分:ポリビニルアセタール樹脂
[2](A)成分における有機保護剤の割合は、金属ナノ粒子の重量の1~20重量%(好ましくは、1~10重量%)である、[1]に記載の導電性インク。
[3]金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、0.5~100nm(好ましくは0.5~80nm、より好ましくは1~70nm、さらに好ましくは1~60nm)である、[1]又は[2]に記載の導電性インク。
[4]金属ナノ粒子を構成する金属は、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、コバルト、及びルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種(好ましくは、銀)である、[1]~[3]の何れか1つに記載の導電性インク。
[5](A)成分を構成する金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、[1]~[4]の何れか1つに記載の導電性インク。
[6](A)成分の前記有機保護剤が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基(好ましくは、アミノ基)を有する化合物である、[1]~[5]の何れか1つに記載の導電性インク。
[7](A)成分の前記有機保護剤が、少なくともアミノ基を有する化合物(好ましくは、アミノ基を有する炭素数4~18の化合物)である、[1]~[6]の何れか1つに記載の導電性インク。
[8]アルコール(b-1)が、脂環式第2級アルコール及び/又は脂環式第3級アルコールである、[1]~[7]の何れか1つに記載の導電性インク。
[9]アルコール(b-1)の沸点は、130℃以上(好ましくは170℃以上であり、より好ましくは185℃以上、更に好ましくは190℃以上)である、[1]~[8]の何れか1つに記載の導電性インク。
[10]アルコール(b-1)の沸点は、300℃以下(好ましくは250℃以下、より好ましくは220℃以下)である、[1]~[9]の何れか1つに記載の導電性インク。
[11]炭化水素(b-2)が、脂肪族炭化水素(特に好ましくは鎖状脂肪族炭化水素、最も好ましくは炭素数15以上の鎖状脂肪族炭化水素)を含む、[1]~[10]の何れか1つに記載の導電性インク。
[12]炭化水素(b-2)の沸点は、130℃以上(好ましくは170℃以上、より好ましくは190℃以上、さらに好ましくは200℃以上が好ましく、さらにより好ましくは230℃以上、特に好ましくは250℃以上、最も好ましくは270℃以上)である、[1]~[11]の何れか1つに記載の導電性インク。
[13](C)成分が、ポリビニルブチラール樹脂を含む、[1]~[12]の何れか1つに記載の導電性インク。
[14](C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂が、FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域にピークを有するポリビニルアセタール樹脂を含む、[1]~[13]の何れか1つに記載の導電性インク。
[15]FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域に現れる特徴的ピークにより帰属される官能基は、カルボン酸、その塩、そのエステル、その無水物、その塩化物、又は、その他のカルボン酸の誘導体に由来するものである、[14]に記載の導電性インク。
[16](C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量が、0.1×104~30.0×104(好ましくは0.5×104~20.0×104、特に好ましくは0.5×104~10.0×104、最も好ましくは0.5×104~5.0×104、とりわけ好ましくは0.5×104~3.0×104)である、[1]~[15]の何れか1つに記載の導電性インク。
[17](C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50~90℃(好ましくは55~85℃、より好ましくは60~80℃)である、[1]~[16]の何れか1つに記載の導電性インク。
[18]以下の(D)成分を、さらに含有する、[1]~[17]の何れか1つに記載の導電性インク。
 (D)成分:分散安定化剤
[19](D)成分の前記分散安定化剤が、少なくともアミノ基を有する化合物である、[18]に記載の導電性インク。

[20](D)成分の前記分散安定化剤が、表面修飾金属ナノ粒子(A)の調製に使用する有機保護剤と同じである、[18]又は[19]に記載の導電性インク。
[21]前記分散安定化剤の使用量は、ポリビニルアセタール樹脂(C)100重量部に対して、10~500重量部(好ましくは50~300重量部)である、[18]~[20]の何れか1つに記載の導電性インク。
[22]導電性インク全量(100重量%)における、表面修飾金属ナノ粒子(A)の含有量(金属元素換算)は、35~70重量%(下限は、好ましくは40重量%、特に好ましくは45重量%、最も好ましくは50重量%、とりわけ好ましくは55重量%;上限は、好ましくは65重量%、特に好ましくは60重量%)である、[1]~[21]の何れか1つに記載の導電性インク。
[23]分散媒(B)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して、20~100重量部(好ましくは30~90重量部、より好ましくは40~80重量部、更に好ましくは50~75重量部、特に好ましくは55~75重量部、最も好ましくは60~75重量部)である、[1]~[22]の何れか1つに記載の導電性インク。
[24]導電性インク全量(100重量%)における、分散媒(B)の含有量は、20~65重量%(好ましくは25~60重量%、更に好ましくは30~55重量%、最も好ましくは30~50重量%)である、[1]~[23]の何れか1つに記載の導電性インク。
[25]アルコール(b-1)(特に、単環式第2級アルコール)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して、15~70重量部(好ましくは20~60重量部、特に好ましくは30~55重量部、最も好ましくは35~55重量部)である、[1]~[24]の何れか1つに記載の導電性インク。
[26]炭化水素(b-2)(特に、脂肪族炭化水素)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部に対して、5~50重量部(好ましくは10~40重量部、特に好ましくは15~30重量部、最も好ましくは15~28重量部)である、[1]~[25]の何れか1つに記載の導電性インク。
[27]アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)との合計含有量が(B)成分全量の70重量%以上(特に好ましくは75重量%以上、最も好ましくは80重量%以上)である、[1]~[26]の何れか1つに記載の導電性インク。
[28]アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)の含有量の比((b-1)/(b-2)(重量比))が50/50~95/5(例えば40/60~95/5、好ましくは45/55~90/10、より好ましくは50/50~85/15、特に好ましくは、60/40~80/20)である、[1]~[27]の何れか1つに記載の導電性インク。
[29]ポリビニルアセタール樹脂(C)の含有量は、表面修飾金属ナノ粒子(A)100重量部(金属元素換算)に対して0.1~5.0重量部(下限は、好ましくは0.2重量部、特に好ましくは0.3重量部、最も好ましくは0.4重量部、とりわけ好ましくは0.5重量部;上限は、好ましくは3.0重量部、特に好ましくは2.0重量部、最も好ましくは1.0重量部)である、[1]~[28]の何れか1つに記載の導電性インク。
[30]導電性インク全量(100重量%)における、ポリビニルアセタール樹脂(C)の含有量は、0.05~3.0重量%(下限は、好ましくは0.1重量%、特に好ましくは0.15重量%、最も好ましくは0.2重量%、とりわけ好ましくは0.25重量%;上限は、好ましくは2.5重量%、特に好ましくは2.0重量%、最も好ましくは1.0重量%)である、[1]~[29]の何れか1つに記載の導電性インク。
[31]導電性インク全量(100重量%)における、表面修飾金属ナノ粒子(A)と分散媒(B)とポリビニルアセタール樹脂(C)の合計の占める割合は、70重量%以上(好ましくは80重量%以上、特に好ましくは90重量%以上)である、[1]~[30]の何れか1つに記載の導電性インク。
[32]導電性インクの25℃における落球式粘度計を用いた粘度は、100mPa・s以下(例えば、2~100mPa・s、好ましくは3~15mPa・s、特に好ましくは5~15mPa・s)である、[1]~[31]の何れか1つに記載の導電性インク。
[33]120℃で30分間焼結して得られる焼結体の体積抵抗率が10μΩcm以下(好ましくは8μΩcm以下)である、[1]~[32]の何れか1つに記載の導電性インク。
[34]インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷に用いられる、[1]~[33]の何れか1つに記載の導電性インク。
[35](B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程と、
 前記混合溶液にさらに(A)成分を混合する工程と、を含む
[1]~[34]の何れか1つに記載の導電性インクの製造方法。
[36]前記(B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程が、さらに以下の(D)成分を混合することを含む、[35]に記載の導電性インクの製造方法。
 (D)成分:分散安定化剤
[37]基板上に、[1]~[34]の何れか1つに記載の導電性インクを、インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷により塗布する工程、及び焼結する工程を含む、電子デバイスの製造方法。
[38]基板上に、[1]~[34]の何れか1つに記載の導電性インクの焼結体を備えた、電子デバイス。
 本開示の導電性インクは、配線、電極等を備えた電子デバイス(例えば、電子回路)の製造に有用である。

Claims (19)

  1.  下記(A)、(B)、及び(C)成分を含み、(C)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.1~5.0重量部であり、25℃における粘度が100mPa・s以下である導電性インク。
    (A)成分:金属ナノ粒子の表面が、有機保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属ナノ粒子
    (B)成分:アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)とを含む分散媒
    (C)成分:ポリビニルアセタール樹脂
  2.  アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)との合計含有量が(B)成分全量の70重量%以上である、請求項1に記載の導電性インク。
  3.  アルコール(b-1)と炭化水素(b-2)の含有量の比((b-1)/(b-2)(重量比))が50/50~95/5である、請求項1又は2に記載の導電性インク。
  4.  (A)成分の前記有機保護剤が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物である、請求項1~3の何れか1項に記載の導電性インク。
  5.  (A)成分の前記有機保護剤が、少なくともアミノ基を有する化合物である、請求項1~4の何れか1項に記載の導電性インク。
  6.  アルコール(b-1)が、脂環式第2級アルコール及び/又は脂環式第3級アルコールである、請求項1~5の何れか1項に記載の導電性インク。
  7.  炭化水素(b-2)が、脂肪族炭化水素を含む、請求項1~6の何れか1項に記載の導電性インク。
  8.  (C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量が、0.1×104~30.0×104である、請求項1~7の何れか1項に記載の導電性インク。
  9.  (C)成分が、ポリビニルブチラール樹脂を含む、請求項1~8の何れか1項に記載の導電性インク。
  10.  (C)成分の前記ポリビニルアセタール樹脂が、FT-IRの測定において1760~1800cm-1の領域にピークを有するポリビニルアセタール樹脂を含む、請求項1~9の何れか1項に記載の導電性インク。
  11.  120℃で30分間焼結して得られる焼結体の体積抵抗率が10μΩcm以下である、請求項1~10の何れか1項に記載の導電性インク。
  12.  (A)成分を構成する金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、請求項1~11の何れか1項に記載の導電性インク。
  13.  インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷に用いられる、請求項1~12の何れか1項に記載の導電性インク。
  14.  以下の(D)成分を、さらに含有する、請求項1~13の何れか1項に記載の導電性インク。
     (D)成分:分散安定化剤
  15.  (D)成分の前記分散安定化剤が、少なくともアミノ基を有する化合物である、請求項14に記載の導電性インク。
  16.  (B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程と、
     前記混合溶液にさらに(A)成分を混合する工程と、を含む
    請求項1~13の何れか1項に記載の導電性インクの製造方法。
  17.  前記(B)成分と(C)成分とを混合して、混合溶液を調製する工程が、さらに以下の(D)成分を混合することを含む、請求項16に記載の導電性インクの製造方法。
     (D)成分:分散安定化剤
  18.  基板上に、請求項1~15の何れか1項に記載の導電性インクを、インクジェット印刷、ディップコート印刷、スリットコート印刷、スピンコート印刷またはスプレー印刷により塗布する工程、及び焼結する工程を含む、電子デバイスの製造方法。
  19.  基板上に、請求項1~15の何れか1項に記載の導電性インクの焼結体を備えた、電子デバイス。
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