本發明涉及一種含有銀粒子的涂料組合物。本發明的銀粒子涂料組合物適于凹版膠版印刷(Gravure Offset Printing)等凹版膠版印刷(Intaglio Offset Printing)用途。另外,本發明也適用于含有包含銀以外的金屬的金屬粒子的涂料組合物。
背景技術:
銀納米粒子即使在低溫下也可以被燒結。利用該性質,在各種電子元件的制造中,為了在基板上形成電極或導電電路圖案,可使用含有銀納米粒子的銀涂料組合物。銀納米粒子通常分散于有機溶劑中。銀納米粒子具有數nm~數十nm左右的平均一次粒徑,通常其表面用有機穩定劑(保護劑)包覆。在基板為塑料膜或片材的情況下,需要在低于塑料基板的耐熱溫度的低溫(例如200℃以下)下使銀納米粒子燒結。
特別是,最近,作為撓性印刷布線基板,不僅是已經被使用的耐熱性的聚酰亞胺,而且也嘗試了在耐熱性比聚酰亞胺低但容易加工且廉價的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)或聚丙烯等各種塑料制成的基板上形成微細的金屬配線(例如銀配線)。在使用耐熱性低的塑料制成的基板的情況下,需要使金屬納米粒子(例如銀納米粒子)進一步在低溫下燒結。
例如,日本特開2008-214695號公報中公開了一種銀超微粒子的制造方法,其包含:使草酸銀和油胺反應而生成至少含有銀、油胺和草酸離子的絡合物,使生成的所述絡合物加熱分解而生成銀超微粒(權利要求1)。另外公開有:在所述方法中,除所述草酸銀和所述油胺之外,使總碳原子數1~18的飽和脂肪族胺反應(權利要求2、3)時,可以容易地生成絡合物,可以縮短銀超微粒的制造所需要的時間,而且,可以以更高收率生成由這些胺保護的銀超微粒(段落[0011])。
在日本特開2010-265543號公報中公開有一種包覆銀超微粒的制造方法,其包含:第1工序,將通過加熱進行分解而生成金屬銀的銀化合物和沸點100℃~250℃的中短鏈烷基胺及沸點100℃~250℃的中短鏈烷基二胺進行混合,制備含有銀化合物和所述烷基胺及所述烷基二胺的絡合物;第2工序,使所述絡合物進行加熱分解(權利要求3、段落[0061]、[0062])。
在日本特開2012-162767號公報中公開有一種包覆金屬微粒的制造方法,其包含:第1工序,將含有碳原子數6以上的烷基胺和碳原子數5以下的烷基胺的胺混合液與含有金屬原子的金屬化合物進行混合,而生成含有所述金屬化合物和胺的絡合物;第2工序,將所述絡合物進行加熱分解而生成金屬微粒(權利要求1)。另外,公開有可以將包覆銀微粒分散于丁醇等醇溶劑、辛烷等非極性溶劑、或它們的混合溶劑等有機溶劑(段落[0079])。
在日本特開2013-142172號公報及國際公開WO2013/105530號公報中公開有一種銀納米粒子的制造方法,其中,包括:制備含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為6以上的脂肪族烴單胺(A)、由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)、由脂肪族烴基和2個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為8以下的脂肪族烴二胺(C)的胺混合液,將銀化合物和所述胺混合液進行混合,而生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物,將所述絡合物進行加熱使其熱分解,而形成銀納米粒子(權利要求1)。另外,公開有通過使得到的銀納米粒子以懸浮狀態分散于適當的有機溶劑(分散介質體)中,可以制作所謂的銀油墨被稱為的銀涂料組合物,作為有機溶劑,公開有戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一碳烷、十二碳烷、十三碳烷、十四碳烷等脂肪族烴溶劑;甲苯、二甲苯、均三甲苯等之類的芳香族烴溶劑;甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇等之類的醇溶劑(段落[0085])。
在日本特開2013-142173號公報及國際公開WO2013/105531號公報中夠可以一種銀納米粒子的制造方法,其中,包括:制備以特定的比例含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為6以上的脂肪族烴單胺(A)、由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)的胺混合液,將銀化合物和所述胺混合液進行混合,而生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物,將所述絡合物進行加熱使其熱分解,而形成銀納米粒子(權利要求1)。另外,與上述的日本特開2013-142172號公報同樣地,公開有通過使得到的銀納米粒子以懸浮狀態分散于適當的有機溶劑(分散介質體)中,可以制作被稱為所謂銀油墨的銀涂料組合物,公開有同樣的有機溶劑(段落[0076])。
在國際公開WO2014/021270號公報中公開有一種銀納米粒子含有油墨的制造方法,其包括:將含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為6以上的脂肪族烴單胺(A)、還含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)、及由脂肪族烴基和2個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為8以下的脂肪族烴二胺(C)中的至少一個的胺類和銀化合物進行混合,生成含有所述銀化合物及所述胺類的絡合物,將所述絡合物進行加熱使其熱分解,而形成銀納米粒子,將所述銀納米粒子分散于含有脂環式烴的分散溶劑(權利要求1)。
在國際公開WO2014/024721號公報中公開有一種銀納米粒子的制造方法,其包括:將至少含有由支鏈脂肪族烴基和1個氨基構成且該支鏈脂肪族烴基的碳原子數為4以上的支鏈脂肪族烴單胺(D)的脂肪族胺和銀化合物進行混合,生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物,將所述絡合物進行加熱使其熱分解,形成銀納米粒子(權利要求1)。
在日本特開2010-55807號公報中公開有一種導電性糊劑,其為用于使用了由硅酮橡膠構成的硅酮橡皮布的凹版膠版印刷法的導電性糊劑,其中,包含粘合劑樹脂、導電性粉末及高溶脹性溶劑和低溶脹性溶劑的混合溶劑(權利要求1)。作為導電性粉末,可列舉銀的粉末(段落[0033])。公開有導電性粉末優選粒度分布的50%累積徑D50為0.05μm以上10μm以下,特別優選為0.1μm以上2μm以下,另外,公開有優選并用鱗片狀的導電性粉末和球狀的導電性粉末(段落[0034])。在日本特開2010-55807號公報中,對用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子沒有公開。另外,也沒有對導電性能的公開。
在日本特開2010-90211號公報中公開有一種導電性油墨組合物,其含有導電性粒子和包含樹脂組合物及溶劑的有機系載色劑(權利要求1),公開有使用環氧樹脂作為樹脂組合物(權利要求3),公開有導電性粒子為Ag粒子(權利要求10)。導電性油墨組合物用于通過凹版膠版印刷法而形成電極(段落[0001])。公開有導電性粒子含有平均粒徑0.05μm~3μm的球狀導電性粒子和平均薄片徑為0.1μm以上且低于3μm的薄片狀導電性粒子(段落[0014])。在日本特開2010-90211號公報中,對用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子沒有公開。另外,實施例中的燒成條件沒有進行記載(段落[0027]等),也沒有對低溫燒成引起的導電性能的公開。
在日本特開2011-37999號公報中,公開有含有導電性粉末、在25℃下為固體的樹脂、選自氧雜環丁烷系單體、環氧系單體及乙烯醚系單體中的單體成分、聚合引發劑和特定的有機溶劑,公開有在25℃的粘度為3~30Pa·s的導電性油墨(權利要求1),公開有組合平均粒徑1μm以下的球狀銀粉末和平均粒徑1μm以上3μm以下的球狀銀粉末作為導電性粉末(段落[0017])。但是,使用同號公報的導電性油墨進行低溫燒成(120℃)時,無法得到充分的導電性能(段落[0054]、表2)。在日本特開2011-37999號公報中,對用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子沒有公開。
在日本特開2012-38615號公報中,公開有一種導電性銀糊劑,其含有銀粒子和在25℃下為固體的樹脂和有機環狀醚化合物(二官能氧雜環丁烷化合物)、在25℃的粘度為3~30Pa·s(權利要求1、2、3),作為銀粒子,公開有每中位徑(D50)1.0~10.0μm的銀粒子100質量份并用中位徑(D50)0.2~0.9μm的銀粒子50~200質量份(權利要求6、段落[0012])。但是,使用同號公報的導電性銀糊劑進行低溫燒成(140℃)時,無法得到充分的導電性能(段落[0046]、表1)。在日本特開2012-38615號公報中,對用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子沒有公開。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2008-214695號公報
專利文獻2:日本特開2010-265543號公報
專利文獻3:日本特開2012-162767號公報
專利文獻4:日本特開2013-142172號公報
專利文獻5:WO2013/105530號公報
專利文獻6:日本特開2013-142173號公報
專利文獻7:WO2013/105531號公報
專利文獻8:WO2014/021270號公報
專利文獻9:WO2014/024721號公報
專利文獻10:日本特開2010-55807號公報
專利文獻11:日本特開2010-90211號公報
專利文獻12:日本特開2011-37999號公報
專利文獻13:日本特開2012-38615號公報
技術實現要素:
發明所要解決的技術問題
銀納米粒子具有數nm~數十nm左右的平均一次粒徑,與微米(μm)尺寸的粒子相比,容易進行凝聚。因此,在有機穩定劑的存在下進行銀化合物的還原反應(上述專利文獻1~9中的熱分解反應),使得得到的銀納米粒子的表面被有機穩定劑(脂肪族胺或脂肪族羧酸等保護劑)包覆。
另一方面,銀納米粒子被制成在有機溶劑中含有該粒子的銀涂料組合物(銀油墨、銀糊劑)。為了顯現導電性,在涂布于基板上后進行燒成時,需要在包覆銀納米粒子的有機穩定劑被除去后對銀粒子進行燒結。燒成的溫度越低,有機穩定劑越不易被除去。如果銀粒子的燒結程度不充分,則無法得到低電阻值。即,存在于銀納米粒子表面的有機穩定劑有助于銀納米粒子的穩定化,另一方面,妨礙銀納米粒子的燒結(特別是低溫燒成下的燒結)。
使用比較長的鏈(例如碳原子數8以上)的脂肪族胺化合物和/或脂肪族羧酸化合物作為有機穩定劑時,容易確保各個銀納米粒子彼此的相互間隔,因此,銀納米粒子容易進行穩定化。另一方面,就長鏈的脂肪族胺化合物和/或脂肪族羧酸化合物而言,燒成的溫度越低,越不易被除去。
這樣,銀納米粒子的穩定化和低溫燒成下的低電阻值的顯現存在背反的關系。
在上述專利文獻10~13中,沒有公開用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子,另外,也沒有公開通過低溫燒成而得到充分的導電性能。
因此,本發明的目的在于,提供一種銀粒子涂料組合物,其能夠在低溫下、以短時間的燒成來顯現優異的導電性(低電阻值)。
但是,在將銀粒子涂料組合物用于凹版膠版印刷用途的情況下,需要提高銀涂料組合物從橡皮布至待印刷的基板的轉印性。在凹版膠版印刷中,首先,將銀涂料組合物填充于凹版的凹部,使填充于凹部的銀涂料組合物受容至橡皮布(通常為硅橡膠制成),其后,將銀涂料組合物從橡皮布轉印至待印刷的基板。此時,橡皮布某種程度地吸入銀涂料組合物的溶劑而溶脹,由此,銀涂料組合物和橡皮布表面的密合性降低時,提高從橡皮布至基板的轉印性。轉印性提高時,細線的描繪性(直線的描繪性)提高。
但是,橡皮布表面上的銀涂料組合物層的溶劑被橡皮布吸入時,涂料組合物其自身被濃縮。另外,另一方面,涂料組合物的溶劑也從與橡皮布的接觸面以外的與空氣之間的氣液界面進行蒸發揮散,涂料組合物其自身得以濃縮。如果涂料組合物層為薄膜,則該濃縮程度變得更大,涂料組合物層有可能發生干燥、固化。涂料組合物的層發生干燥、固化時,會損害從橡皮布至基板的轉印性。
近年來,伴隨電子設備的元件的小型化、高密度化,要求導電配線的細線化。為了實現導電配線的細線化,隨之而來的是皮布表面上的涂料組合物層變為薄膜。為了描繪性好地形成細線,認為需要在與橡皮布的接觸面上,溶劑被橡皮布吸入后銀涂料組合物和橡皮布表面的密合性得以降低,同時,抑制溶劑從與橡皮布的接觸面以外的(主要是與接觸面相反側的)與空氣之間的氣液界面的蒸發揮散。
因此,本發明的目的在于,提供一種在低溫下、以短時間的燒成就可以顯現優異的導電性(低電阻值)、且細線描繪性優異、適于凹版膠版印刷用途的銀涂料組合物。
用于解決技術的技術方案
本發明人等使用通過所謂的熱分解法而制備、且用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子和表面能調節劑,直至完成本發明。在本發明中,包含以下的發明。
(1)一種銀粒子涂料組合物,其包含:用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)、
表面能調節劑、
分散溶劑。
(2)如上述(1)所述的銀粒子涂料組合物,其中,在所述銀納米粒子(N)中,
所述脂肪族烴胺含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為6以上的脂肪族烴單胺(A),
還含有由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)、以及由脂肪族烴基和2個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為8以下的脂肪族烴二胺(C)中的至少一個。
(3)如上述(2)所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴單胺(A)為選自具有碳原子數6以上12以下的直鏈狀烷基的直鏈狀烷基單胺、以及碳原子數6以上16以下的具有支鏈狀烷基的支鏈狀烷基單胺中的至少1種。
(4)如上述(2)或(3)所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴單胺(B)為碳原子數2以上5以下的烷基單胺。
(5)如上述(2)~(4)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴二胺(C)為2個氨基中的1個為伯氨基,另1個為叔氨基的亞烷基二胺。
·如上述各項中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴胺含有所述脂肪族烴單胺(A)及所述脂肪族烴單胺(B)。
·如上述各項中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴胺含有所述脂肪族烴單胺(A)及所述脂肪族烴二胺(C)。
·如上述各項中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述脂肪族烴胺含有所述脂肪族烴單胺(A)、所述脂肪族烴單胺(B)、以及所述脂肪族烴二胺(C)。
·如上述各項中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述保護劑除所述脂肪族胺之外,還含有脂肪族羧酸。
·如上述各項中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述保護劑不含有脂肪族羧酸。
(6)如上述(1)~(5)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,相對于所述銀納米粒子(N)的銀原子1摩爾,所述脂肪族烴胺的合計使用量為1~50。
所述銀納米粒子(N)可如下形成:將作為保護劑的所述脂肪族烴胺和銀化合物進行混合而生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物,對所述絡合物進行加熱使其熱分解。
所述銀化合物優選草酸銀。草酸銀分子含有2個銀原子。在所述銀化合物為草酸銀的情況下,相對于草酸銀1摩爾,所述脂肪族烴胺的合計使用量為2~100摩爾即可。
(7)如上述(1)~(6)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其還含有銀微粒(M)。
(8)如上述(1)~(7)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其還含有氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂。
(9)如上述(1)~(8)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述表面能調節劑選自硅類表面能調節劑及丙烯酸類表面能調節劑。
(10)如上述(1)~(9)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其中,所述分散溶劑含有二醇酯類溶劑。
(11)如上述(1)~(10)中任一項所述的銀粒子涂料組合物,其用于凹版膠版印刷用途。所述凹版膠版印刷(Intaglio Offset Printing)包括凹版膠版印刷等(Gravure Offset Printing)。
(12)一種電子器件,其具有:基板、
在所述基板上涂布上述(1)~(11)中任一項所述的銀粒子涂料組合物并燒成而成的銀導電層。
作為電子器件,包括各種布線基板、模塊等。
·一種電子器件的制造方法,該方法包括:在基板上涂布上述各項中任一項中所述的銀粒子涂料組合物,形成含有銀粒子的涂布層,其后,對所述涂布層進行燒成而形成銀導電層。
燒成可在200℃以下、例如150℃以下、優選120℃以下的溫度下進行2小時以下、例如1小時以下、優選30分鐘以下、更優選15分鐘以下的時間。更具體而言,可在90℃~120℃左右、10分~15分鐘左右的條件、例如120℃、15分鐘的條件下進行。
·一種金屬粒子涂料組合物,其包含:用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的金屬納米粒子、
表面能調節劑、
分散溶劑。
基板可選自塑料制基板、陶瓷制基板、玻璃制基板及金屬制基板。
發明效果
在本發明中,銀粒子涂料組合物包含:用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)、表面能調節劑以及分散溶劑。
用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)通過銀絡合物的所謂熱分解法而制備。在本發明中,使用碳原子總數6以上的脂肪族烴單胺(A)和碳原子總數5以下的脂肪族烴單胺(B)及碳原子總數8以下的脂肪族烴二胺(C)的至少一個作為發揮絡合劑和/或保護劑的作用的脂肪族烴胺化合物時,所形成的銀納米粒子的表面被這些脂肪族胺化合物包覆。
所述脂肪族烴單胺(B)及所述脂肪族烴二胺(C)由于碳鏈長較短,因此,在200℃以下、例如150℃以下、優選120℃以下的低溫下進行燒成時,可以在2小時以下、例如1小時以下、優選30分鐘以下的短時間容易從銀粒子表面除去。另外,由于存在所述單胺(B)和/或所述二胺(C),所述脂肪族烴單胺(A)只要在銀粒子表面上附著少量即可。因此,在所述低溫下進行燒成時,也可以在所述短時間內容易地從銀粒子表面除去這些脂肪族胺化合物類,銀粒子的燒結得以充分地進行。
表面能調節劑具有使銀粒子涂料組合物的表面張力降低的作用,抑制溶劑從該組合物表面的蒸發揮散。在凹版膠版印刷中,表面能調節劑抑制溶劑從橡皮布表面上的銀涂料組合物層的與橡皮布的接觸面以外的(主要是與接觸面相反側的)與空氣的氣液界面之間蒸發揮散。因此,即使該涂料組合物層為薄膜,也不會使該涂料組合物層過度干燥。因此,從橡皮布至基板的轉印性提高,可以描繪性好地形成細線。
這樣,根據本發明,提供一種通過低溫且短時間的燒成來顯現優異的導電性(低電阻值)的銀粒子涂料組合物(含有銀粒子的油墨、或含有銀粒子的糊劑)。特別是,根據本發明,提供一種通過低溫且短時間的燒成而顯現優異的導電性(低電阻值)、且細線描繪性優異、適于凹版膠版印刷用途的銀涂料組合物。
銀涂料組合物還含有銀微粒(M)時,在基材上的該涂料組合物的涂布層中,銀納米粒子(N)會進入銀微粒(M)之間的間隙。這樣一來,銀納米粒子(N)及銀微粒(M)相互間的接觸效率變好,通過燒成使得導電性得以提高。
在本發明的銀粒子涂料組合物中,所述銀納米粒子(N)(以及所述銀微粒(M)(如果使用的話))分散于含有二醇酯類溶劑的分散溶劑時,在利用這種分散溶劑將該涂料組合物用于凹版膠版印刷用途的情況下,銀油墨從橡皮布至基板的轉印性提高。在凹版膠版印刷中,首先,將銀涂料組合物填充于凹版的凹部,將填充于凹部的銀涂料組合物轉印受容至橡皮布(通常為硅橡膠制成),其后,從橡皮布將銀涂料組合物轉印至基板。此時,認為橡皮布某種程度上吸入銀涂料組合物的溶劑且溶脹,由此,銀涂料組合物和橡皮布表面的密合性降低,從橡皮布至基板的轉印性提高。
銀涂料組合物還含有氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂時,氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂發揮粘合劑樹脂的作用。由于氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂的存在,銀粒子涂料組合物在待印刷的基板上進行涂布(或印刷)、燒成而得到的銀涂膜(銀燒成膜)與基板的密合性優異。另外,可通過氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂對涂料組合物的粘度調整。可以通過氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,將銀粒子涂料組合物制成適于凹版膠版印刷等凹版膠版印刷用途的粘度。因此,在凹版膠版印刷中,從橡皮布至基板的轉印性提高,細線描繪性(直線描繪性)提高。
另外,本發明也適用于含有銀以外的金屬的金屬粒子涂料組合物。
根據本發明,在PET及聚丙烯等耐熱性低的各種塑料基板上也可以合適地通過凹版膠版印刷而形成導電膜、導電配線。本發明的銀粒子涂料組合物適于最近的各種電子設備的元件用途。
附圖說明
圖1是CCD觀察實施例1中制作的10μm寬度的銀油墨細線而得到的照片(×200)。
圖2是CCD觀察比較例1中制作的10μm寬度的銀油墨細線而得到的照片(×200)。
具體實施方式
本發明的銀粒子涂料組合物包含:用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)、銀微粒(M)(如果使用的話)、表面能調節劑以及分散溶劑。需要說明的是,在銀粒子涂料組合物中含有所謂的銀油墨及銀糊劑這兩者。
[用脂肪族烴胺保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)]
銀納米粒子(N)可如下制造:將脂肪族烴胺和銀化合物進行混合,生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物,對所述絡合物進行加熱使其熱分解。這樣,銀納米粒子(N)的制造方法主要包含絡合物的生成工序和絡合物的熱分解工序。得到的銀納米粒子(N)用于制作涂料組合物的分散工序。
在本說明書中,“納米粒子”這一術語是指根據掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察結果而求出的一次粒子大小(平均一次粒徑)低于1000nm。另外,粒子的大小是指除去存在(包覆)于表面的保護劑(穩定劑)之外的大小(即銀自身的大小)。在本發明中,銀納米粒子具有例如0.5nm~100nm、優選0.5nm~80nm、更優選1nm~70nm、進一步優選1nm~60nm的平均一次粒徑。
在本發明中,作為所述銀化合物,使用通過加熱而容易地分解、進而生成金屬銀的銀化合物。作為這種銀化合物,可以使用甲酸銀、乙酸銀、草酸銀、丙二酸銀、苯甲酸銀、鄰苯二甲酸銀等羧酸銀;氟化銀、氯化銀、溴化銀、碘化銀等鹵化銀;硫酸銀、硝酸銀、碳酸銀等,從通過分解而容易地生成金屬銀且不易產生銀以外的雜質的觀點出發,優選使用草酸銀。草酸銀在銀含量高、且不需要還原劑而通過熱分解直接得到金屬銀、不易殘留源自還原劑的雜質方面是有利的。
在制造含有銀以外的其它金屬的金屬納米粒子的情況下,除了上述銀化合物,使用通過加熱容易地分解而生成目標金屬的金屬化合物。作為這種金屬化合物,可以使用與上述銀化合物對應的金屬的鹽、例如金屬的羧酸鹽;金屬鹵化物;金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽、金屬碳酸鹽等金屬鹽化合物。其中,從通過分解而容易地生成金屬且不易產生金屬以外的雜質的觀點出發,優選使用金屬的草酸鹽。作為其它金屬,可列舉:Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In及Ni等。
另外,為了得到與銀的復合物,可以組合使用上述銀化合物和上述的銀以外的其它金屬化合物。作為其它金屬,可列舉:Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In及Ni等。銀復合物由銀與1種或2種以上的其它金屬構成,可例示Au-Ag、Ag-Cu、Au-Ag-Cu、Au-Ag-Pd等。以金屬全體為基準,銀占至少20重量%,通常占至少50重量%,例如占至少80重量%。
在本發明中,在絡合物的生成工序中,可以在不存在溶劑的情況下將脂肪族烴胺和銀化合物混合,但優選在碳原子數3以上的醇溶劑的存在下進行混合,生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物。
作為所述醇溶劑,可以使用碳原子數3~10的醇、優選碳原子數4~6的醇。可列舉例如:正丙醇(沸點bp:97℃)、異丙醇(bp:82℃)、正丁醇(bp:117℃)、異丁醇(bp:107.89℃)、仲丁醇(bp:99.5℃)、叔丁醇(bp:82.45℃)、正戊醇(bp:136℃)、正己醇(bp:156℃)、正辛醇(bp:194℃)、2-辛醇(bp:174℃)等。其中,考慮到可以提高后續進行的絡合物的熱分解工序的溫度、形成銀納米粒子之后的后處理的便利性等,優選選自正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇中的丁醇類、己醇類。特別優選正丁醇、正己醇。
另外,為了銀化合物-醇漿料的充分的攪拌操作,相對于所述銀化合物100重量份,所述醇溶劑使用例如120重量份以上、優選130重量份以上、更優選150重量份以上即可。關于所述醇類溶劑量的上限,沒有特別限制,相對于所述銀化合物100重量份,可以采用例如1000重量份以下、優選800重量份以下、更優選500重量份以下。
在本發明中,將脂肪族烴胺和銀化合物在碳原子數3以上的醇溶劑存在下進行混合,可以采用幾種形式。
例如,首先,將固體的銀化合物和醇溶劑進行混合,得到銀化合物-醇漿料[漿料形成工序],接著,可以在得到的銀化合物-醇漿料中添加脂肪族烴胺。漿料表示固體的銀化合物分散于醇溶劑中而形成的混合物。在反應容器中裝入固體的銀化合物,向其中添加醇溶劑而得到漿料即可。
或者,可以在反應容器中裝入脂肪族烴胺和醇溶劑,向其中添加銀化合物-醇漿料。
在本發明中,作為發揮絡合劑和/或保護劑的作用的脂肪族烴胺,例如,包含烴基碳原子總數為6以上的脂肪族烴單胺(A),此外還可以使用:由脂肪族烴基和1個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)、以及由脂肪族烴基和2個氨基構成且該脂肪族烴基的碳原子總數為8以下的脂肪族烴二胺(C)中的至少之一。這些各成分通常制成胺混合液使用,但是,在所述銀化合物(或其醇漿料)中混合所述胺時不一定需要使用混合的狀態的胺類而進行。可以向所述銀化合物(或其醇漿料)中依次添加所述胺類。
在本說明書中為已確立的術語,“脂肪族烴單胺”是指由1~3個1價的脂肪族烴基和1個氨基構成的化合物。“烴基”是指僅由碳和氫構成的基團。但是,所述脂肪族烴單胺(A)及所述脂肪族烴單胺(B)可以根據需要在其烴基上具有含有氧原子或氮原子之類的雜原子(碳及氫以外的原子)的取代基。該氮原子并不構成氨基。
另外,“脂肪族烴二胺”是指由2價的脂肪族烴基(亞烷基)、隔著該脂肪族烴基存在的2個氨基、以及根據情況取代了該氨基的氫原子的脂肪族烴基(烷基)構成的化合物。但是,所述脂肪族烴二胺(C)可以根據需要在其烴基上具有含有氧原子或氮原子之類的雜原子(碳及氫以外的原子)的取代基。該氮原子并不構成氨基。
碳原子總數6以上的脂肪族烴單胺(A)通過其烴鏈而發揮出作為所生成的銀粒子表面的保護劑(穩定化劑)的優異性能。
作為所述脂肪族烴單胺(A),包括伯胺、仲胺及叔胺。作為伯胺,可列舉例如:己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一烷基胺、十二烷基胺、十三烷基胺、十四烷基胺、十五烷基胺、十六烷基胺、十七烷基胺、十八烷基胺等具有碳原子數6~18的直鏈狀脂肪族烴基的飽和脂肪族烴單胺(即烷基單胺)。作為飽和脂肪族烴單胺,除上述直鏈脂肪族單胺之外,可列舉:異己胺、2-乙基己胺、叔辛胺等碳原子數6~16、優選碳原子數6~8的具有支鏈狀脂肪族烴基的支鏈脂肪族烴單胺。另外,還可列舉環己胺。還可以列舉油胺等不飽和脂肪族烴單胺(即鏈烯基單胺)。
作為仲胺,作為直鏈狀的仲胺,可列舉:N,N-二丙基胺、N,N-二丁胺、N,N-二戊基胺、N,N-二己基胺、N,N-二庚基胺、N,N-二辛胺、N,N-二壬基胺、N,N-二癸基胺、N,N-二十一烷基胺、N,N-二十二烷基胺、N-甲基-N-丙基胺、N-乙基-N-丙基胺、N-丙基-N-丁胺等二烷基單胺。作為叔胺,可列舉三丁胺、三己胺等。
另外,作為支鏈狀的仲胺,可列舉:N,N-二異己胺、N,N-二(2-乙基己基)胺等仲胺。另外,可列舉三異己胺、三(2-乙基己基)胺等叔胺。使用N,N-二(2-乙基己基)胺的情況下,2-乙基己基的碳原子數為8,但所述胺化合物中所含的碳的總數成為16。三(2-乙基己基)胺的情況下,所述胺化合物中所含的碳的總數成為24。
在上述單胺(A)中,在直鏈狀的情況下,優選碳原子數6以上的飽和脂肪族烴單胺。通過將碳原子數設為6以上,在氨基吸附于銀粒子表面時可以確保與其它銀粒子的間隔,因此,防止銀粒子彼此的凝聚的作用得以提高。碳原子數的上限沒有特別限定,但考慮獲得的容易性、燒成時除去的容易性等,通常優選碳原子數18以下的飽和脂肪族單胺。特別優選使用己胺、庚基胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一烷基胺、十二烷基胺等碳原子數6~12的烷基單胺。所述直鏈脂肪族烴單胺中,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。
另外,使用支鏈脂肪族烴單胺化合物時,與使用相同的碳原子數的直鏈脂肪族烴單胺化合物的情況相比,由于支鏈脂肪族烴基的立體因素的影響,可以以對銀粒子表面的更少的附著量來包覆銀粒子表面的更大的面積。因此,以對銀粒子表面的更少的附著量就可以得到銀納米粒子的適當的穩定化。在燒成時,由于應該除去的保護劑(有機穩定劑)的量少,因此,在200℃以下的低溫下進行燒成的情況下,可以有效地除去有機穩定劑,銀粒子的燒結充分地進行。
在上述支鏈脂肪族烴單胺中,優選異己胺、2-乙基己胺等主鏈的碳原子數5~6的支鏈烷基單胺化合物。主鏈碳原子數為5~6時,容易得到銀納米粒子的適當的穩定化。另外,從支鏈脂肪族基的立體因素的觀點出發,如2-乙基己胺那樣,在N原子側的第2個碳原子上進行分支是有效的。作為所述支鏈脂肪族單胺,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。
在本發明中,作為所述脂肪族烴單胺(A),可以組合使用所述直鏈狀脂肪族烴單胺和所述支鏈狀脂肪族烴單胺從而獲得各自的優點。
碳原子總數為5以下的脂肪族烴單胺(B)與碳原子總數6以上的脂肪族單胺(A)相比時,碳鏈長度較短,因此,認為其自身作為保護劑(穩定化劑)的功能,但與所述脂肪族單胺(A)相比,極性高且對銀化合物的銀的配位能力高,因此認為對形成絡合物具有促進效果。另外,由于碳鏈長度較短,因此,即使在例如120℃以下的、或100℃左右以下的低溫下進行燒成時,也可以在30分鐘以下、或20分鐘以下的短時間從銀粒子表面除去,因此,在得到的銀納米粒子的低溫燒成方面是有效的。
作為所述脂肪族烴單胺(B),可列舉:乙基胺、正丙基胺、異丙基胺、正丁胺、異丁胺、仲丁胺、叔丁胺、戊基胺、異戊基胺、叔戊基胺等碳原子數為2~5的飽和脂肪族烴單胺(即烷基單胺)。另外,可列舉N,N-二甲基胺、N,N-二乙基胺等二烷基單胺。
其中,優選正丁胺、異丁胺、仲丁胺、叔丁胺、戊基胺、異戊基胺、叔戊基胺等,特別優選上述丁胺類。所述脂肪族烴單胺(B)中,可以使用僅1種,也可以組合2種以上來使用。
碳原子總數8以下的脂肪族烴二胺(C)對銀化合物的銀的配位能力高,在促進形成絡合物方面是有效的。脂肪族烴二胺一般而言與脂肪族烴單胺相比極性高,對銀化合物中的銀的配位能力升高。另外,所述脂肪族烴二胺(C)在絡合物的熱分解工序中具有促進更低溫且短時間內進行熱分解的效果,可以更有效地進行銀納米粒子制造。而且,含有所述脂肪族二胺(C)的銀粒子的保護被膜的極性高,因此,銀粒子在含有極性高的溶劑的分散介質體中分散穩定性得以提高。另外,所述脂肪族二胺(C)由于碳鏈長度較短,因此,即使在例如120℃以下的、或100℃左右以下的低溫下進行燒成時,也可以在30分鐘以下、或20分鐘以下的短時間內從銀粒子表面除去,因此,在得到的銀納米粒子的低溫且短時間的燒成方面是有效的。
作為所述脂肪族烴二胺(C),沒有特別限定,可列舉:乙二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N’-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N’-二乙基乙二胺、1,3-丙二胺、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺、N,N’-二甲基-1,3-丙二胺、N,N-二乙基-1,3-丙二胺、N,N’-二乙基-1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、N,N-二甲基-1,4-丁二胺、N,N’-二甲基-1,4-丁二胺、N,N-二乙基-1,4-丁二胺、N,N’-二乙基-1,4-丁二胺、1,5-戊烷二胺、1,5-二氨基-2-甲基戊烷、1,6-己烷二胺、N,N-二甲基-1,6-己烷二胺、N,N’-二甲基-1,6-己烷二胺、1,7-庚烷二胺、1,8-辛烷二胺等。這些化合物均為2個氨基中的至少1個為伯氨基或仲氨基的碳原子總數8以下的亞烷基二胺,對銀化合物中的銀的配位能力高,在促進形成絡合物方面是有效的。
其中,優選N,N-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺、N,N-二乙基-1,3-丙二胺、N,N-二甲基-1,4-丁二胺、N,N-二乙基-1,4-丁二胺、N,N-二甲基-1,6-己烷二胺等2個氨基中的1個為伯氨基(-NH2)且另1個為叔氨基(-NR1R2)的碳原子總數8以下的亞烷基二胺。優選的亞烷基二胺用下述結構式表示。
R1R2N-R-NH2
在此,R表示2價的亞烷基,R1及R2可以相同或不同,表示烷基,但是,R、R1及R2的碳原子數的總和為8以下。該亞烷基通常不含有氧原子或氮原子等雜原子(碳及氫以外的原子),但根據需要也可以具有含有所述雜原子的取代基。另外,該烷基通常不含有氧原子或氮原子等雜原子,但可以根據需要具有含有所述雜原子的取代基。
2個氨基中的1個為伯氨基時,對銀化合物中的銀的配位能力升高,對形成絡合物是有利的,另1個為叔氨基時,由于叔氨基對銀原子的配位能力不足,因此可防止所形成的絡合物成為復雜的網絡結構。絡合物成為復雜的網絡結構時,有時在絡合物的熱分解工序中需要較高的溫度。另外,這些胺類中,從即使在低溫燒成下也可以以短時間從銀粒子表面除去的觀點出發,優選碳原子總數6以下的二胺,更優選碳原子總數5以下的二胺。所述脂肪族烴二胺(C)中,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。
在本發明中,所述碳原子總數6以上的脂肪族烴單胺(A)、與所述碳原子總數5以下的脂肪族烴單胺(B)和所述碳原子總數8以下的脂肪族烴二胺(C)中任一個或兩者之間的使用比例沒有特別限定,以所述全部胺類[(A)+(B)+(C)]為基準,設為例如
所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%
所述脂肪族單胺(B)和所述脂肪族二胺(C)的合計量:35摩爾%~95摩爾%即可。通過將所述脂肪族單胺(A)的含量設為5摩爾%~65摩爾%,通過該(A)成分的碳鏈,容易得到生成的銀粒子表面的保護穩定化功能。如果所述(A)成分的含量低于5摩爾%,則有時保護穩定化功能的顯現變弱。另一方面,所述(A)成分的含量超過65摩爾%時,保護穩定化功能充分,但難以通過低溫燒成除去該(A)成分。作為該(A)成分,在使用所述支鏈狀脂肪族單胺的情況下,可以設為所述支鏈狀脂肪族單胺:10摩爾%~50摩爾%,從而使得滿足所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%。
在使用所述脂肪族單胺(A)、還使用所述脂肪族單胺(B)及所述脂肪族二胺(C)的兩者的情況下,這些物質的使用比例沒有特別限定,但以所述全部胺類[(A)+(B)+(C)]為基準,設為例如
所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%
所述脂肪族單胺(B):5摩爾%~70摩爾%
所述脂肪族二胺(C):5摩爾%~50摩爾%
即可。作為該(A)成分,在使用所述支鏈狀脂肪族單胺的情況下,以滿足所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%的方式設為所述支鏈狀脂肪族單胺:10摩爾%~50摩爾%即可。
在該情況下,關于所述(A)成分的含量的下限,優選10摩爾%以上,更優選20摩爾%以上。關于所述(A)成分的含量的上限,優選65摩爾%以下,更優選60摩爾%以下。
通過將所述脂肪族單胺(B)的含量設為5摩爾%~70摩爾%,容易得到促進形成絡合物的效果,另外,其自身可以有助于低溫且短時間內的燒成,另外容易得到在燒成時幫助從銀粒子表面除去所述脂肪族二胺(C)的作用。如果所述(B)成分的含量低于5摩爾%,則有時促進形成絡合物的效果變弱,或在燒成時所述(C)成分不易從銀粒子表面除去。另一方面,所述(B)成分的含量超過70摩爾%時,可得到促進形成絡合物形成的效果,但所述脂肪族單胺(A)的含量相對地變少,不易得到生成的銀粒子表面的保護穩定化效果。關于所述(B)成分的含量的下限,優選為10摩爾%以上,更優選為15摩爾%以上。關于所述(B)成分的含量的上限,優選為65摩爾%以下,更優選為60摩爾%以下。
通過將所述脂肪族二胺(C)的含量設為5摩爾%~50摩爾%,容易得到促進形成絡合物的效果及促進絡合物熱分解的效果,另外,含有所述脂肪族二胺(C)的銀粒子的保護被膜的極性高,因此,銀粒子在含有極性高的溶劑的分散介質體中的分散穩定性得以提高。如果所述(C)成分的含量低于5摩爾%,則有時促進形成絡合物的效果及促進絡合物熱分解的效果變弱。另一方面,所述(C)成分的含量超過50摩爾%時,可得到促進形成絡合物的效果及促進絡合物熱分解的效果,但所述脂肪族單胺(A)的含量相對地變少,不易得到生成的銀粒子表面的保護穩定化效果。關于所述(C)成分的含量的下限,優選為5摩爾%以上,更優選為10摩爾%以上。關于所述(C)成分的含量的上限,優選為45摩爾%以下,更優選為40摩爾%以下。
在使用所述脂肪族單胺(A)和所述脂肪族單胺(B)(不使用所述脂肪族二胺(C))的情況下,這些胺類的使用比例沒有特別限定,但考慮上述各成分的作用,以所述全部胺類[(A)+(B)]為基準,設為例如
所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%
所述脂肪族單胺(B):35摩爾%~95摩爾%
即可。作為該(A)成分,在使用所述支鏈狀脂肪族單胺的情況下,以滿足所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%的方式,設為
所述支鏈狀脂肪族單胺:10摩爾%~50摩爾%即可。
在使用所述脂肪族單胺(A)和所述脂肪族二胺(C)(不使用所述脂肪族單胺(B))的情況下,這些胺類的使用比例沒有特別限定,但考慮上述各成分的作用,以所述全部胺類[(A)+(C)]為基準,設為例如
所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%
所述脂肪族二胺(C):35摩爾%~95摩爾%
即可。作為該(A)成分,在使用所述支鏈狀脂肪族單胺的情況下,以滿足所述脂肪族單胺(A):5摩爾%~65摩爾%的方式,設為
所述支鏈狀脂肪族單胺:10摩爾%~50摩爾%
即可。
以上的所述脂肪族單胺(A)、所述脂肪族單胺(B)和/或所述脂肪族二胺(C)的使用比例均為例示,可以進行各種變更。
在本發明中,使用對銀化合物中的銀的配位能力高的所述脂肪族單胺(B)、和/或所述脂肪族二胺(C)時,根據這些胺類的使用比例,所述碳原子總數為6以上的脂肪族單胺(A)對銀粒子表面上的附著量為少量即可。因此,即使在所述低溫短時間內進行燒成的情況下,這些脂肪族胺化合物類也容易從銀粒子表面除去,銀粒子(N)的燒結充分地進行。
在本發明中,所述脂肪族烴胺[例如(A)、(B)和/或(C)]的合計量沒有特別限定,相對于作為原料的所述銀化合物的銀原子1摩爾,設為1~50摩爾左右即可。相對于所述銀原子1摩爾,所述胺成分的合計量[(A)、(B)和/或(C)]低于1摩爾時,在絡合物的生成工序中,有可能殘留未轉換成絡合物的銀化合物,在其后的熱分解工序中,有可能損害銀粒子的均勻性并引起粒子的肥大化,或不發生熱分解而殘留銀化合物。另一方面,相對于所述銀原子1摩爾,所述胺成分的合計量[((A)、(B)和/或(C)]即使超過50摩爾左右,也被認為沒有太多的優點。為了在實質上無溶劑中制作銀納米粒子的分散液,將所述胺成分的合計量設為例如2摩爾左右以上即可。通過將所述胺成分的合計量設為2~50摩爾左右,可以良好地進行絡合物的生成工序及熱分解工序。關于所述胺成分的合計量的下限,相對于所述銀化合物的銀原子1摩爾,優選為2摩爾以上,更優選為6摩爾以上。需要說明的是,草酸銀分子含有2個銀原子。
在本發明中,為了進一步提高銀納米粒子(N)對分散介質的分散性,作為穩定劑,可以進一步使用脂肪族羧酸(D)。所述脂肪族羧酸(D)與所述胺類同時使用即可,可以使其含于所述胺混合液中而使用。通過使用所述脂肪族羧酸(D),能夠提高銀納米粒子的穩定性、特別是分散于有機溶劑中的涂料狀態下的穩定性。
作為所述脂肪族羧酸(D),可使用飽和或不飽和的脂肪族羧酸。可列舉例如:丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十烷酸、二十碳烯酸等碳原子數4以上的飽和脂肪族單羧酸;油酸、反油酸、亞油酸、棕櫚酸等碳原子數8以上的不飽和脂肪族單羧酸。
其中,優選碳原子數8~18的飽和或不飽和的脂肪族單羧酸。通過設為碳原子數8以上,在羧酸基吸附于銀粒子表面時可以確保與其它銀粒子的間隔,因此,提高防止銀粒子之間凝聚的作用。考慮獲得的容易性、燒成時的除去的容易性等,通常優選碳原子數為18以下的飽和或不飽和的脂肪族單羧酸化合物。特別優選使用辛烷酸、油酸等。所述脂肪族羧酸(D)中,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。
在使用所述脂肪族羧酸(D)的情況下,相對于作為原料的所述銀化合物的銀原子1摩爾,使用例如0.05~10摩爾左右即可,使用優選0.1~5摩爾、更優選0.5~2摩爾即可。相對于所述銀原子1摩爾,所述(D)成分的量少于0.05摩爾時,所述(D)成分的添加引起的分散狀態下的穩定性提高效果變弱。另一方面,所述(D)成分的量達到10摩爾時,分散狀態下的穩定性提高效果飽和,另外,不易通過低溫燒成除去該(D)成分。但是,考慮到在低溫燒成下除去該(D)成分時,可以不使用脂肪族羧酸(D)。
在本發明中,通常制備含有使用的各脂肪族烴胺成分的混合液;例如制備含有所述脂肪族單胺(A)、以及所述脂肪族單胺(B)及所述脂肪族二胺(C)中任一個或兩者的胺混合液[胺混合液的制備工序]。
胺混合液可以將各胺(A)、(B)和/或(C)成分、以及(如過使用的話)所述羧酸(D)成分以規定比例在室溫下進行攪拌而制備。
在上述銀化合物(或其醇漿料)中添加含有各胺成分的脂肪族烴胺混合液,生成含有所述銀化合物及所述胺的絡合物[絡合物生成工序]。各胺成分也可以不制成混合液,而是依次地添加于銀化合物(或其醇漿料)。
在制造含有銀以外的其它金屬的金屬納米粒子的情況下,除了使用上述的銀化合物(或其醇漿料)以外還使用含有目標金屬的金屬化合物(或其醇漿料)。
將銀化合物(或其醇漿料)、或金屬化合物(或其醇漿料)和規定量的胺混合液進行混合。混合在常溫下進行即可。“常溫”根據周圍溫度是指5~40℃。是指例如5~35℃(JISZ8703)、10~35℃、20~30℃。可以為通常的室溫(例如15~30℃的范圍)。此時的混合一邊攪拌一邊進行,或由于胺類對銀化合物(或金屬化合物)的配位反應伴有發熱,因此,進行適當的冷卻從而達到上述溫度范圍、例如5~15℃左右,并且一邊攪拌一邊進行。在碳原子數3以上的醇存在下進行銀化合物和胺混合液的混合時,攪拌及冷卻可以良好地進行。醇和胺類的過剩部分發揮反應介質的作用。
在銀胺絡合物的熱分解法中,以往,首先在反應容器中裝入液體的脂肪族胺成分,在其中投入粉末銀化合物(草酸銀)。液體的脂肪族胺成分為著火性物質,向其中投入粉末銀化合物存在危險。即,存在因投入粉末銀化合物所產生的靜電引起的著火的危險性。另外,也存在由于投入粉末銀化合物,局部地發生絡合物形成反應,發熱反應爆炸的危險。在所述醇存在下進行銀化合物和胺混合液的混合時,可以避免這種危險。因此,在規模擴大化的工業的制造中也是安全的。
生成的絡合物一般而言呈現與其構成成分相應的顏色,因此,通過利用適當的分光法等檢測反應混合物的顏色的變化的結束,可以得知絡合物的生成反應的終點。另外,草酸銀形成的絡合物一般而言為無色(通過目視觀察呈白色),但在這種情況下,基于反應混合物的粘性的變化等形態變化,可以探測絡合物的生成狀態。例如,絡合物的生成反應的時間為30分鐘~3小時左右。這樣,在以醇及胺類為主體的介質中可得到銀-胺絡合物(或金屬-胺絡合物)。
接著,將得到的絡合物進行加熱使其熱分解,形成銀納米粒子(N)[絡合物的熱分解工序]。在使用含有銀以外的其它金屬的金屬化合物的情況下,形成目標金屬納米粒子。不使用還原劑而形成銀納米粒子(金屬納米粒子)。但是,可以根據需要在不阻礙本發明的效果的范圍內使用適當的還原劑。
在這種金屬胺絡合物分解法中,一般而言,胺類控制由于金屬化合物的分解而產生的原子狀的金屬凝聚而形成微粒時的方式,同時通過在所形成的金屬微粒的表面形成被膜而發揮防止微粒相互再凝聚的作用。即,認為通過將金屬化合物和胺的絡合物進行加熱,在維持胺對金屬原子的配位鍵的狀態下金屬化合物熱分解而生成原子狀的金屬,接著,配位有胺的金屬原子發生凝聚而形成用胺保護膜包覆的金屬納米粒子。
此時的熱分解優選將絡合物在以醇(如果使用的話)及胺類為主體的反應介質中一邊攪拌一邊進行。熱分解在生成包覆銀納米粒子(或包覆金屬納米粒子)的溫度范圍內進行即可,但從防止胺從銀粒子表面(或金屬粒子表面)脫離的觀點出發,優選在所述溫度范圍內的盡可能低的溫度下進行。在使用草酸銀絡合物的情況下,可以設為例如80℃~120℃左右、優選95℃~115℃左右、更具體而言100℃~110℃左右。在使用草酸銀絡合物的情況下,可以通過大致100℃左右的加熱而引起分解,同時銀離子被還原,得到包覆銀納米粒子。需要說明的是,一般而言,草酸銀自身的熱分解在200℃左右發生,然而,通過形成草酸銀-胺絡合物使得熱分解溫度降低100℃左右的原因并不清楚,但推測是因為,在生成草酸銀和胺的絡合物時,純的草酸銀所形成的配位高分子結構被切斷。
另外,絡合物的熱分解優選在氬等惰性氣體氣氛內進行,但也可以在大氣中進行熱分解。
通過絡合物的熱分解而成為呈現藍色光澤的懸浮液。通過進行從該懸浮液除去過剩的胺等操作、例如銀納米粒子(或金屬納米粒子)的沉淀、利用適當的溶劑(水、或有機溶劑)進行的傾析、清洗操作,可得到目標的穩定的包覆銀納米粒子(N)(或包覆金屬納米粒子)[銀納米粒子的后處理工序]。清洗操作之后,如果進行干燥,則可得到目標的穩定包覆銀納米粒子(或包覆金屬納米粒子)的粉末。但是,也可以將濕潤狀態的銀納米粒子(N)供于含有銀納米粒子的油墨的制備。
傾析、清洗操作使用水、或有機溶劑。作為有機溶劑,使用例如戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一碳烷、十二碳烷、十三碳烷、十四碳烷等脂肪族烴溶劑;環己烷等脂環式烴溶劑;甲苯、二甲苯、均三甲苯等之類的芳香族烴溶劑;甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等之類的醇溶劑;乙腈及它們的混合溶劑即可。
考慮凹版膠版印刷用途時,作為傾析、清洗操作的有機溶劑,可以使用二醇類溶劑。作為所述二醇類溶劑,可例示:乙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、二乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚(丁基卡必醇:BC)、丙二醇單甲醚、二丙二醇單甲醚等二醇單醚。作為所述二醇類溶劑,可以使用僅1種,也可以組合2種以上而使用。
在本發明的銀納米粒子的形成工序中可以不使用還原劑,因此,沒有源自還原劑的副生成物,從反應體系中分離包覆銀納米粒子也很簡單,可得到高純度的包覆銀納米粒子(N)。但是,根據需要可以在不阻礙本發明的效果的范圍內使用適當的還原劑。
這樣,形成由使用的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)。所述保護劑含有例如所述脂肪族單胺(A),還含有所述脂肪族單胺(B)及所述脂肪族二胺(C)中任一個或兩者,并且含有所述羧酸(D)(如果使用的話)。保護劑中的這些物質的含有比例與所述胺混合液中的這些物質的使用比例相等。就金屬納米粒子而言也同樣。
[銀微粒(M)]
在本說明書中,術語“微粒”是指平均粒徑為1μm以上10μm以下。銀微粒(M)與所述銀納米粒子(N)不同,在其表面不具有脂肪族烴胺保護劑。在本發明中,銀微粒可以為球狀粒子,但也可以為薄片狀粒子。薄片狀粒子是指長徑比、即微粒的直徑與微粒的厚度之比(直徑/厚度)為例如2以上。薄片狀粒子與球狀粒子相比,存在該粒子彼此的接觸面積變大、因此導電性的變好的傾向。另外,就銀微粒(M)的平均粒徑而言,其粒度分布的50%累積徑D50為例如1μm~5μm、優選1μm~3μm。將銀涂料組合物用于凹版膠版印刷用途的情況下,從細線描繪(例如L/S=30/30μm)的觀點出發,優選粒徑小者。作為銀微粒,可列舉例如德力化學研究所社制造的Silbest系列的TC-507A(形狀:薄片狀、D50:2.78μm)、TC-505C(形狀:薄片狀、D50:2.18μm)、TC-905C(形狀:薄片狀、D50:1.21μm)、AgS-050(形狀:球狀、D50:1.4μm)、C-34(形狀:球狀、D50:0.6μm);AG-2-1C(形狀:球狀、0.9μm、DOWA Electronics社制造)等。粒徑用激光衍射法算出。
[銀納米粒子(N)及銀微粒(M)的配合比例]
在本發明中,在使用銀微粒(M)的情況下,關于所述銀納米粒子(N)和所述銀微粒(M)的配合比例,沒有特別限定,但以銀納米粒子(N)和銀微粒(M)的合計為基準,設為例如
銀納米粒子(N):10~90重量%
銀微粒(M):10~90重量%
即可。通過設為這樣的配合比例,容易得到因銀納米粒子(N)的低溫燒成所產生的導電性提高效果、及因銀微粒(M)所產生的銀涂料組合物的穩定性提高效果。
銀納米粒子(N)的量低于10重量%時,進入銀微粒(M)彼此的間隙的銀納米粒子(N)少,不易得到提高銀微粒(M)相互間接觸的作用。另外,用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面的銀納米粒子(N)的低溫燒成的效果也相對地變小。因此,不易得到因低溫燒成所產生的導電性提高效果。另一方面,銀納米粒子(N)的量超過90重量%時,有時銀涂料組合物的保存穩定性降低。本發明中使用的銀納米粒子(N)用含有脂肪族烴胺的保護劑包覆了表面,低溫燒成優異,但有時在涂料組合物的保存時也緩慢地燒結。燒結引起涂料組合物的粘度上升。從這種觀點出發,優選即使在常溫附近也使用10重量%以上的穩定的銀微粒(M)。
優選設為
銀納米粒子(N):30~80重量%
銀微粒(M):20~70重量%
即可,更優選設為
銀納米粒子(N):50~75重量%
銀微粒(M):25~50重量%
即可。
[表面能調節劑]
在本發明中,銀涂料組合物含有表面能調節劑。表面能調節劑具有使銀粒子涂料組合物的表面張力降低的作用,抑制溶劑從該組合物表面的蒸發揮散。在凹版膠版印刷中,表面能調節劑抑制溶劑從橡皮布表面上的銀涂料組合物層的與橡皮布的接觸面以外的(主要是與接觸面相反側的)與空氣的氣液界面的蒸發揮散。因此,即使該涂料組合物層為薄膜,該涂料組合物層也不會過度地干燥。另外,表面能調節劑使橡皮布表面上的銀涂料組合物層的能量變得比橡皮布表面的表面能小。因此,可以提高從橡皮布至基板的轉印性,描繪性好地形成細線。
作為所述表面能調節劑,沒有特別限定,可列舉硅類表面能調節劑及丙烯酸類表面能調節劑等。
所述硅類表面能調節劑為以聚二甲基硅氧烷為基本結構的聚硅氧烷。已知對二甲基硅氧烷單元的側鏈進行改性而得到的各種改性聚硅氧烷。可列舉例如在側鏈上導入了聚醚的聚醚改性聚二甲基硅氧烷、將側鏈的1個甲基改性為長鏈烷基而成的聚甲基烷基硅氧烷、在側鏈上導入了聚酯的聚酯改性聚二甲基硅氧烷、在側鏈上導入了芳烷基的芳烷基改性聚二甲基硅氧烷等。這些聚硅氧烷可以作為BYK Chemie日本公司制造的BYK300、BYK301、BYK302、BYK331、BYK332、BYK335;BYK306、BYK307、BYK333、BYK337、BYK341;BYK315、BYK320、BYK322、BYK323、BYK325等獲得。
所述丙烯酸類表面能調節劑以聚(甲基)丙烯酸酯為基本結構。已知將聚(甲基)丙烯酸酯的酯部進行了各種改性的聚(甲基)丙烯酸酯的酯。可列舉例如將酯部的烷基進行了改性的聚(甲基)丙烯酸酯的酯、在酯部導入有聚酯的聚(甲基)丙烯酸酯的酯、在酯部導入了聚醚的聚(甲基)丙烯酸酯的酯、在酯部導入了胺鹽的聚(甲基)丙烯酸酯的酯等。
所述表面能調節劑的添加量以銀涂料組合物為基準,例如為0.01重量%以上10重量%以下,優選為0.1重量%以上10重量%以下,更優選為0.5重量%以上5重量%以下左右。通過以該范圍的添加量添加表面能調節劑,容易抑制溶劑從該組合物表面的蒸發揮散,在凹版膠版印刷中,容易抑制溶劑從橡皮布表面上的銀涂料組合物層的與橡皮布的接觸面以外的與空氣的氣液界面的蒸發揮散。表面能調節劑的添加量低于0.01重量%時,不易得到溶劑蒸發揮散的抑制效果。另一方面,表面能調節劑的添加量超過10重量%時,存在被轉印的銀涂料組合物層與基板的密合性降低的傾向。另外,有時產生在燒結后作為多余的殘存樹脂殘留、使配線的導電性惡化的問題。
[粘合劑樹脂]
在本發明中,銀涂料組合物沒有特別限定,但優選含有氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂作為粘合劑樹脂。通過銀涂料組合物含有氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,在待印刷的基板上進行涂布(或印刷)、燒成而得到的銀燒成膜(導電性圖案)與基板的密合性提高,銀燒成膜的撓性提高。另外,通過氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂可進行涂料組合物的粘度調整。通過使用氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,可以將銀粒子涂料組合物制成適于凹版膠版印刷等凹版膠版印刷用途的粘度的物質。因此,在凹版膠版印刷中,從橡皮布至基板的轉印性提高,細線描繪性(直線的描繪性)提高。
作為氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,沒有特別限定,可以使用各種氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂。作為銀納米粒子(N)及(如果使用的話)銀微粒(M)的粘合劑樹脂,為了更良好地發揮作用,優選在氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中含有3~15重量%左右的乙烯醇、(甲基)丙烯酸羥基酯等含羥基的單元。通過含有羥基,可以更良好地分散銀粒子(N)、(M),另外,與基材的密合性也得以提高。
作為氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,可列舉例如:SOLBINE C[氯乙烯/乙酸乙烯酯/乙烯醇=87/13/0(wt%)、聚合度420、數均分子量=31,000、粘度150mPa·s(樹脂20wt%、溶劑MIBK/甲苯=1/1、B型粘度計、25℃)、K值48];SOLBINE A[氯乙烯/乙酸乙烯酯/乙烯醇=92/3/5(wt%)、聚合度420、數均分子量=30,000、粘度220mPa·s(樹脂20wt%、溶劑MIBK/甲苯=1/1、B型粘度計、25℃)、K值48];SOLBINE AL[氯乙烯/乙酸乙烯酯/乙烯醇=93/2/5(wt%)、聚合度300、數均分子量=22,000、粘度70mPa·s(樹脂20wt%、溶劑MIBK/甲苯=1/1、B型粘度計、25℃)、K值41];SOLBINE TA5R[氯乙烯/乙酸乙烯酯/乙烯醇=88/1/11(wt%)、聚合度300、數均分子量=28,000、粘度130mPa·s(樹脂20wt%、溶劑MIBK/甲苯=1/1、B型粘度計、25℃)、K值41];TA2、TA3、TAO等SOLBINE系列(日信化學工業制造)等。
以銀涂料組合物為基準,所述氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂等粘合劑的添加量例如為0.1重量%以上10重量%以下,優選2重量%以上5重量%以下左右。通過以該范圍的添加量添加氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂,容易得到適于凹版膠版印刷等凹版膠版印刷用途的粘度的銀粒子涂料組合物,另外,銀燒成膜與基板的密合性提高,以及容易得到銀燒成膜的撓性的提高。
作為粘合劑樹脂,除了所述氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂之外,在不減少上述氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂的效果的程度上,可以使用例如聚乙烯基醇縮丁醛樹脂、聚酯類樹脂、丙烯酸類樹脂、乙基纖維素類樹脂。
聚乙烯醇縮丁醛樹脂沒有特別限定,但優選重均分子量(Mw)為10,000~100,000左右的聚乙烯醇縮丁醛樹脂。作為聚乙烯基醇縮丁醛樹脂的市售品,可列舉例如積水化學工業株式會社制造的S-LEC B系列。作為聚酯類樹脂,沒有特別限定,但可列舉例如聚己內酯三醇(作為市售品的株式會社大賽璐制造的Placcel 305[PCL305])等。作為乙基纖維素的市售品,可列舉Ethocel(ETHOCEL:注冊商標,日新化成)系列。
可以使用酚醛樹脂、聚酰亞胺類樹脂、三聚氰胺類樹脂、三聚氰胺-聚酯類樹脂等熱固化性樹脂,還可以使用氧雜環丁烷類單體、環氧類單體等固化性單體,但作為用于使固化性成分固化的引發劑,需要注意不要使用有害的引發劑(例如銻類引發劑)。
[分散溶劑]
分散溶劑只要是將銀納米粒子(N)及(在使用的情況下)銀微粒(M)良好地分散、可溶解氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂的溶劑即可。作為用于得到銀涂料組合物的有機溶劑,可列舉:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一碳烷、十二碳烷、十三碳烷、十四碳烷等脂肪族烴溶劑;環己烷、甲基環己烷等脂環式烴溶劑;甲苯、二甲苯、均三甲苯等之類的芳香族烴溶劑;甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇等之類的醇溶劑;二醇類溶劑;二醇酯類溶劑;萜品醇、二氫萜品醇之類的萜烯類溶劑等。根據所期望的銀涂料組合物(銀油墨、銀糊劑)的濃度或粘性,適當確定有機溶劑的種類或量即可。對金屬納米粒子也同樣。
作為分散溶劑,考慮到凹版膠版印刷用途時,優選使用二醇類溶劑、二醇酯類溶劑。作為二醇類溶劑,可例示作為上述銀納米粒子(N)的傾析、清洗操作的有機溶劑列舉的乙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、二乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚(丁基卡必醇:BC)、丙二醇單甲醚、二丙二醇單甲醚等二醇單醚。另外,作為二醇單醚,可例示二乙二醇單己基醚(己基卡必醇:HC)、二乙二醇單2-乙基己基醚等。作為所述二醇類溶劑,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。所述二醇類溶劑可以源自銀納米粒子(N)的傾析、清洗操作中使用的溶劑。
作為所述二醇酯類溶劑,可列舉二醇單酯類溶劑以及二醇二酯類溶劑。
作為所述二醇酯類溶劑,具體而言,可例示:乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯(丁基卡必醇乙酸酯:BCA)、丙二醇單甲醚乙酸酯(PMA;1-甲氧基-2-丙基乙酸酯)、二丙二醇單甲醚乙酸酯)等二醇單醚單酯;
乙二醇二乙酸酯、二乙二醇二乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、二丙二醇二乙酸酯、1,4-丁二醇二乙酸酯(1,4-BDDA,沸點230℃)、1,6-己二醇二乙酸酯(1,6-HDDA,沸點260℃)、2-乙基-1,6-己二醇二乙酸酯等二醇二酯。作為所述二醇酯類溶劑,可以使用僅1種,也可以組合2種以上使用。
在凹版膠版印刷中,所述二醇類溶劑或所述二醇酯類溶劑對聚硅氧烷制造的橡皮布具有浸透的性質。通過使溶劑浸入橡皮布,橡皮布-油墨界面發生干燥,油墨與橡皮布的密合力降低,具有改善油墨從橡皮布向基材的轉印性的效果。
使用所述分散溶劑中沸點為200℃以上的高沸點溶劑,由于這些溶劑揮發性低,不易引起銀油墨的濃度變化,因此優選,另外,從作業環境的觀點出發,也是優選的。另外,優選至少使用所述分散溶劑中的所述二醇二酯(二醇二乙酸酯)。為了使氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂容易溶解,優選使用所述二醇二酯(二醇二乙酸酯)。
這些分散溶劑中,一般而言,所述二醇單醚單酯對于聚硅氧烷制成的橡皮布的浸透性是最高的。浸入橡皮布的溶劑量變多時,存在會使橡皮布過度地溶脹、損害油墨對基材的轉印性的傾向。因此,為了確保所述分散溶劑對于橡皮布的適當的浸透性,一般而言,優選使用與所述二醇單醚單酯相比,對聚硅氧烷制成的橡皮布的浸透性低的所述二醇單醚、所述二醇二酯等。
在本發明中,以銀涂料組合物為基準,所述分散溶劑的合計含量為例如10重量%以上60重量%以下、優選15重量%以上50重量%以下、更優選18重量%以上40重量%以下的范圍內。從凹版膠版印刷用途的觀點出發,所述分散溶劑的量低于10重量%時,溶劑量少,有可能不能良好地進行印刷時的轉印。另一方面,所述分散溶劑的量超過60重量%時,溶劑量多,有可能不能良好地進行細線印刷,另外,有可能不能良好地進行低溫燒成。
在本發明中,銀涂料組合物以按照本發明的目的的方式可以還含有上述以外的成分。
考慮凹版膠版印刷用途時,銀涂料組合物(銀油墨)的粘度在印刷時的環境溫度條件(例如25℃)中,例如為0.1Pa·s以上30Pa·s以下的范圍,優選為5Pa·s以上25Pa·s以下的范圍。油墨的粘度低于0.1Pa·s時,油墨的流動性過高,因此,在油墨從凹版至橡皮布的受容、或油墨從橡皮布向待印刷的基板的轉印方面有可能產生不良。另一方面,油墨的粘度超過30Pa·s時,由于油墨的流動性過低,因此,對凹版的凹部的填充性有可能變差。對凹部的填充性變差時,轉印至基板上的圖案的精度降低,產生細線的斷線等不良情況。
通過將上述銀納米粒子的后處理工序中得到的干燥狀態或濕潤狀態的包覆銀納米粒子(N)的粉末、銀微粒(M)的粉末(如果使用的話)、表面能調節劑、粘合劑樹脂和分散溶劑進行混合攪拌,可以制備含有懸浮狀態的銀粒子的油墨(或糊劑)。雖然也因使用目的而不同,所述銀粒子在含銀粒子的油墨中以銀納米粒子(N)及銀微粒(M)的總量計的含量可以為例如10重量%以上、或25重量%以上、優選30重量%以上的比例。作為所述銀粒子的含量的上限,以80重量%以下為標準。包覆銀納米粒子(N)及銀微粒(M)、表面能調節劑、粘合劑樹脂和分散溶劑的混合、分散既可以進行1次,也可以進行數次。
由本發明得到的銀涂料組合物(銀油墨),其穩定性優異。所述銀油墨例如在50重量%的銀濃度下在1個月以上的期間內冷藏5℃保管不會引起粘度上升,是穩定的。
將所制備的銀涂料組合物(銀油墨)通過公知的涂布法、例如通過凹版膠版印刷法涂布于基板上,其后進行燒成。
通過凹版膠版印刷法,得到經圖案化的銀油墨涂布層,通過將銀油墨涂布層進行燒成,得到經圖案化的銀導電層(銀燒成膜)。
在凹版膠版印刷中,首先,將銀油墨填充于凹版的凹部,使填充于凹部的銀油墨轉印受容至通常的硅橡膠制成的橡皮布中,其后,從橡皮布將銀油墨轉印至基板。在本發明的銀油墨中,可使用表面能調節劑。抑制溶劑從橡皮布表面上的銀油墨層的與橡皮布的接觸面以外的(主要與接觸面相反側的)與空氣的氣液界面的蒸發揮散。因此,即使該油墨層為薄膜,該油墨層也不會過度地干燥。因此,從橡皮布向基板的轉印性提高,可以描繪性好地形成線寬30μm以下的、例如線寬5~25μm、更具體而言線寬10~20μm的細線。
另外,在本發明的銀油墨中,使用二醇類溶劑和/或二醇酯類溶劑作為分散溶劑時,分散溶劑浸潤于橡皮布,使橡皮布溶脹。根據浸潤于橡皮布的溶劑量,保持于橡皮布表面的銀油墨的濃度升高,即進行干燥。由此,橡皮布表面的銀油墨與橡皮布的密合性降低,銀油墨從橡皮布向基板的轉印性提高。
另外,在本發明的銀油墨中,含有氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂等粘合劑樹脂時,在待印刷的基板上進行涂布(或印刷)、燒成而得到的銀燒成膜與基板的密合性提高,銀燒成膜的撓性提高。
燒成可以在200℃以下、例如室溫(25℃)以上150℃以下、優選室溫(25℃)以上120℃以下的溫度下進行。但是,為了通過短時間的燒成而完成銀的燒結,在60℃以上200℃以下、例如80℃以上150℃以下、優選90℃以上120℃以下的溫度下進行即可。就燒成時間而言,考慮銀油墨的涂布量、燒成溫度等適當確定即可,設為例如數小時(例如3小時、或2小時)以內、優選1小時以內、更優選30分鐘以內、進一步優選10分鐘~30分鐘即可。
由于銀納米粒子如上述那樣構成,因此,即使通過這種低溫短時間的燒成工序,銀粒子的燒結也充分地進行。其結果,顯現優異的導電性(低電阻值)。形成具有低電阻值(例如15μΩcm以下,即5~15μΩcm的范圍)的銀導電層。塊體銀的電阻值為1.6μΩcm。
由于可在低溫下進行燒成,因此,作為基板,除玻璃制基板、聚酰亞胺系膜的之類的耐熱性塑料基板之外,還可以優選使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜等聚酯類膜、聚丙烯等聚烯烴類膜的之類的耐熱性低的通用塑料基板。另外,短時間的燒成減輕了對于些耐熱性低的通用塑料基板的負荷,使生產效率提高。
由本發明得到的銀導電材料可以適用于各種電子器件、例如電磁波控制材料、電路基板、天線、放熱板、液晶顯示器、有機EL顯示器、場致發射顯示器(FED)、IC卡、IC標簽、太陽能電池、LED元件、有機晶體管、電容器(,condenser;capacicor)、電子紙、撓性電池、撓性傳感器、薄膜開關、觸摸面板、EMI屏蔽等。尤其對要求表面平滑性的電子材料是有效的,例如作為液晶顯示器中的薄膜晶體管(TFT)的柵極是有效的。
銀導電層的厚度根據目的的用途適當確定即可。沒有特別限定,從例如5nm~20μm、優選100nm~10μm、更優選300nm~8μm的范圍中選擇即可。根據用途,可以設為例如1μm~5μm、優選1μm~3μm、或1μm~2μm。
以上,主要以含有銀納米粒子的油墨為中心進行了說明,但根據本發明,也適用于含有包含銀以外的金屬的金屬納米粒子的油墨。
實施例
以下,列舉實施例,進一步具體地說明本發明,但本發明并不受這些實施例限定。
[銀燒成膜的電阻率值]
使用4端子法(LORESTA GPMCP-T610)對得到的銀燒成膜進行測定。該裝置的測定范圍極限為107Ωcm。
在各實施例及比較例中使用以下的試劑。
正丁胺(MW:73.14):東京化成株式會社制備的試劑
2-乙基己胺(MW:129.25):和光純藥株式會社制備的試劑
正辛胺(MW:129.25):東京化成株式會社制備的試劑
甲醇:和光純藥株式會社制備的試劑特級
1-丁醇:和光純藥株式會社制備的試劑特級
草酸銀(MW:303.78):由硝酸銀(和光純藥株式會社制備)和草酸二水合物(和光純藥株式會社制備)合成的草酸銀
[實施例1]
(銀納米粒子的制備)
在500mL燒瓶中裝入草酸銀40.0g(0.1317mol),向其中添加60g的正丁醇,制備草酸銀的正丁醇漿料。在30℃下向該漿料中滴加正丁胺115.58g(1.5802mol)、2-乙基己胺51.06g(0.3950mol)、及正辛胺17.02g(0.1317mol)的胺混合液。滴加后,在30℃下攪拌1小時,進行草酸銀和胺的絡形成反應。在形成草酸銀-胺絡合物之后,在110℃下進行加熱,使草酸銀-胺絡合物熱分解,得到深藍色的銀納米粒子懸浮于胺混合液中而成的懸浮液。
對得到的懸浮液進行冷卻,向其中加入甲醇120g并攪拌,然后,通過離心分離使銀納米粒子沉淀,除去上清液。接著,向銀納米粒子中加入丁基卡必醇(二乙二醇單丁醚、東京化成株式會社)120g并攪拌,其后,通過離心分離使銀納米粒子沉淀,除去上清液。這樣,得到含有丁基卡必醇的濕潤狀態的銀納米粒子。由使用SII株式會社制備的TG/DTA6300的熱天平的結果,在濕潤狀態的銀納米粒子中,銀納米粒子占90wt%。即,丁基卡必醇為10wt%。
另外,對濕潤狀態的銀納米粒子,利用常規方法使用掃描型電子顯微鏡(日本電子株式會社制造的JSM-6700F)觀察,求出銀納米粒子的平均粒徑,結果,平均粒徑(1次粒徑)為50nm左右。
平均粒徑如下地求出。對銀納米粒子進行SEM觀察,求出在SEM照片中任意地選擇的10個銀粒子的粒徑,將它們的平均值設為平均粒徑。
(銀油墨的制備)
向氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂(SOLBINE AL、日信化學工業社制)0.9g中混合1,6-己二醇二乙酸酯(1,6-HDDA、大賽璐制造)2.0g進行混合,一邊加熱至100℃,一邊使其溶解。向其中添加己基卡必醇(東京化成工業株式會社制造)1.2g、及聚醚改性聚二甲基硅氧烷BYK302(BYK Chemie日本公司制造)0.9g并進行混合攪拌,制成液體I。
量取得到的液體I的1.25g。量取上述含有丁基卡必醇10wt%的濕潤狀態的銀納米粒子1.5g、以及銀微粒(AG-2-1C、DOWA Electronics株式會社制造)2.25g,向這些銀粒子中添加1.25g的上述液體I,用自轉公轉式混練機(倉敷精紡株式會社制造、MAZERUSTER KKK2508)攪拌混練30秒。其后,用刮鏟攪拌1分鐘。進一步重復2次用混練機攪拌30秒及用刮鏟攪拌1分鐘的操作。這樣得到黑茶色的銀油墨。
表1表示銀油墨的配合組成。表1中,各成分的組成以將全體設為100重量份時的重量份表示。如上所述,由“在濕潤狀態的銀納米粒子中銀納米粒子占90wt%”可以得到:
“濕狀態的銀納米粒子1.5g”=“銀納米粒子本身1.35g”+“丁基卡必醇0.15g”。
因此,表1中,表示為“以銀納米粒子本身計為27重量份”、“丁基卡必醇(銀納米粒子清洗組分)3重量份”。
銀油墨中的銀濃度為72wt%。
(銀油墨的印刷適性)
利用具有聚硅氧烷制成的橡皮布的凹版膠版印刷裝置(日本電子精機株式會社制、MINI LabFINEII)將所述銀油墨印刷在PET膜上,評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認可以轉印線寬10μm及線寬20μm的細線。如圖1所示,線寬10μm的直線描繪性非常良好。即,圖1中,10μm線成為沒有斷線而且維持直線性的線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
將所述銀油墨涂布于鈉玻璃板上,形成涂膜。涂膜形成后,迅速地將涂膜在120℃、30分鐘的條件下在送風干燥爐中燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示18μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為13μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[實施例2]
(銀油墨的制備)
將2.25g的作為銀微粒的AG-2-1C變更為2.25g的SilbestTC-905C(德力化學研究所株式會社制造),除此之外,通過與實施例1相同的操作得到銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認可以轉印線寬10μm及線寬20μm的細線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示18μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為13μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[實施例3]
(銀油墨的制備)
在氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂(SOLBINE AL、日信化學工業株式會社制造)0.9g中混合1,4-丁二醇二乙酸酯(1,4-BDDA、大賽璐制造)2.0g,一邊加熱至100℃,一邊使其溶解。向其中添加丁基卡必醇(東京化成工業株式會社制造)1.6g、及聚醚改性聚二甲基硅氧烷BYK302(BYK Chemie日本公司制造)0.5g并進行混合攪拌,制成液體II。
量取1.25g得到的液體II。量取上述含有丁基卡必醇10wt%的濕潤狀態的銀納米粒子1.5g、以及銀微粒(AG-2-1C、DOWA Electronics株式會社制造)2.25g,在這些銀粒子中添加1.25g的上述液體II,用自轉公轉式混練機(倉敷精紡株式會社制造、MAZERUSTER KKK2508)攪拌混練30秒。其后,用刮鏟攪拌1分鐘。進一步重復2次用混練機攪拌30秒及用刮鏟攪拌1分鐘的操作。這樣得到黑茶色的銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認可以轉印線寬10μm及線寬20μm的細線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示16μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為11μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[實施例4]
(銀油墨的制備)
將2.25g的作為銀微粒的AG-2-1C變更為2.25g的SilbestTC-905C(德力化學研究所株式會社制造),除此之外,通過與實施例3相同的操作得到銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認可以轉印線寬10μm及線寬20μm的細線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果,顯示16μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為11μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[實施例5]
(銀油墨的制備)
在氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂(SOLBINE AL、日信化學工業株式會社制造)0.9g中混合1,4-丁二醇二乙酸酯(1,4-BDDA、大賽璐制造)2.0g,一邊加熱至100℃,一邊使其溶解。向其中添加丁基卡必醇(東京化成工業株式會社制造)2.6g、及聚醚改性聚二甲基硅氧烷BYK302(BYK Chemie日本公司制)0.5g并進行混合攪拌,制成液體III。
量取1.50g得到的液體III的。量取含有上述丁基卡必醇10wt%的濕潤狀態的銀納米粒子1.5g、及銀微粒(AG-2-1C、DOWAElectronics株式會社)2.00g,向這些銀粒子中添加1.50g上述液體III,用自轉公轉式混練機(倉敷精紡株式會社制造、MAZERUSTER KKK2508)攪拌混練30秒。其后,用刮鏟攪拌1分鐘。進一步重復2次用混練機攪拌30秒及用刮鏟攪拌1分鐘的操作。這樣得到黑茶色的銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認,雖然直線性稍微差,但是可以轉印線寬10μm、及線寬20μm的細線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示18μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為11μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[實施例6]
(銀油墨的制備)
將2.00g的作為銀微粒的AG-2-1C變更為2.00g的SilbestTC-905C(德力化學研究所株式會社制造),除此之外,通過與實施例5相同的操作得到銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察確認,雖然直線性稍微差,但是可以轉印線寬10μm及線寬20μm的細線。通過目視未觀察到在橡皮布上的油墨殘渣。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示18μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為11μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
[比較例1:無表面能調節劑]
(銀油墨的制備)
在氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂(SOLBINE AL、日信化學工業株式會社制造)0.9g中混合1,4-丁二醇二乙酸酯(1,4-BDDA、大賽璐制造)2.0g,一邊加熱至100℃,一邊使其溶解。其中,添加丁基卡必醇(東京化成工業株式會社制造)3.1g并進行混合攪拌,制成液體IV。
量取1.50g得到的液體IV。量取含有上述丁基卡必醇10wt%的濕潤狀態的銀納米粒子1.5g以及銀微粒SilbestTC-905C(德力化學研究所株式會社制造)2.00g,在這些銀粒子中添加1.50g上述液體IV,用自轉公轉式混練機(倉敷精紡株式會社制造、MAZERUSTER KKK2508)攪拌混練30秒。其后,用刮鏟攪拌1分鐘。進一步重復2次用混練機攪拌30秒及用刮鏟攪拌1分鐘的操作。這樣得到黑茶色的銀油墨。
(銀油墨的印刷適性)
與實施例1同樣地評價印刷適性,結果,通過CCD觀察,線寬10μm、及線寬20μm的細線轉印均是困難的(參照圖2)。即,圖2中,有些地方產生斷線處或滲出等,就10μm線而言,得到難以識別的結果。但是,線寬30μm的細線可以轉印。
(銀油墨的燒成:導電性評價)
與實施例1同樣地,在120℃、30分鐘的條件下進行燒成,形成7μm厚度的銀燒成膜。利用4端子法測定得到的銀燒成膜的電阻率值,結果顯示10μΩcm的良好的導電性。將燒成條件設為150℃、30分鐘,結果電阻率值為10μΩcm。這樣,所述銀油墨通過以低溫、短時間的燒成而顯現優異的導電性。
將以上的結果示于表1。表1中,線寬10μm線轉印評價、線寬20μm線轉印評價用以下的基準表示。
A:直線性優異且也沒有斷線
B:直線性差一些,但可以作為印刷線被識別出來
C:有些地方有斷線、球狀物、細化,因此,難以作為印刷線被識別出來