JP5630549B2 - 金属粒子分散体、並びに、当該金属粒子分散体を用いた物品、焼結膜及び焼結膜の製造方法 - Google Patents
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Description
このように、微細な金属粒子は、金属粒子分散体として広く用いられており、より分散性や分散安定性に優れた金属微粒子分散体が望まれている。
しかしながら、特許文献1及び2の手法は、高濃度の金属粒子を分散する場合に多量の分散剤が必要であり、更なる分散性の向上が求められていた。
特許文献3によれば、上記特定の高分子分散剤が金属微粒子の分散性に高い効果を示し、しかも後の焼結工程で容易に揮散されると記載されている。しかしながら、後述の比較例で示されるように、特許文献3の手法では、金属微粒子分散体の保存安定性が十分でなく、一定期間保管後には金属粒子の沈降がみられることがあった。
本発明は、係る知見に基づいて完成したものである。
前記金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、亜鉛、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子であり、且つ、
前記分散剤は、下記一般式(I)で表される構成単位と、下記一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化アリル、及び下記一般式(V)で表される酸性リン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体である、焼結膜形成用金属粒子分散体であることを特徴とする。
R8は、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO又は−CH2COOR11で示される1価の基であり、R9は、炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、又は−[CO−(CH2)y−O]z−R8で示される1価の基である。R10は、炭素数1〜18のアルキル基であり、R11は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を示す。
上記炭化水素基は、置換基を有していてもよい。
mは1〜5の整数、n及びn’は5〜200の整数を示す。xは1〜18の整数、yは1〜5の整数、zは1〜18の整数を示す。)
なお、本発明において光には、可視及び非可視領域の波長の電磁波、さらには放射線が含まれ、放射線には、例えばマイクロ波、電子線が含まれる。具体的には、波長5μm以下の電磁波、及び電子線のことをいう。また本発明において(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリルのいずれかであることを意味し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートのいずれかであることを意味する。
本発明に係る金属粒子分散体は、金属粒子と、分散剤と、溶剤とを含有し、
前記金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子であり、且つ、
前記分散剤は、下記一般式(I)で表される構成単位と、下記一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、下記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び下記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体であることを特徴とする。
R8は、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO又は−CH2COOR11で示される1価の基であり、R9は、炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、又は−[CO−(CH2)y−O]z−R8で示される1価の基である。R10は、炭素数1〜18のアルキル基であり、R11は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を示す。
上記炭化水素基は、置換基を有していてもよい。
mは1〜5の整数、n及びn’は5〜200の整数を示す。xは1〜18の整数、yは1〜5の整数、zは1〜18の整数を示す。)
Rbは、炭化水素基、−[CH(Rc)−CH(Rd)−O]s−Re、−[(CH2)t−O]u−Re、又は−O−Rb’で示される1価の基である。Rb’は、炭化水素基、−[CH(Rc)−CH(Rd)−O]s−Re、又は−[(CH2)t−O]u−Reで示される1価の基である。
Rc及びRdは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、Reは、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO、又は−CH2COORlで示される1価の基であり、Rlは水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。Rf、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、又は、炭化水素基をエーテル結合及びエステル結合の少なくとも1つで結合した基であって、Rf及びRhは、互いに結合して環構造を形成してもよい。上記環状構造を形成した場合、置換基Rnを有していてもよく、Rnは、水素原子、炭化水素基、又は、炭化水素基をエーテル結合及びエステル結合の少なくとも1つで結合した基である。
Ra、Ra’、及びRbにおいて、炭化水素基はそれぞれ、置換基を有していてもよい。
sは1〜18の整数、tは1〜5の整数、uは1〜18の整数を示す。)
従来、金属粒子分散体は、金属粒子の比重が、分散体中の各成分と比較して大きいことから、保存時に金属粒子が沈降するという問題があった。
本発明の金属粒子分散体は、分散剤として、一般式(I)で表される構成単位と、一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、特定の酸性リン化合物、及び特定のスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体を用いて金属粒子を分散することにより、溶剤に対して不溶性となる分散剤中の塩形成部位が、金属粒子表面に強く吸着することで安定化するものと推定される。また、分散剤が有する一般式(II)で表される構成単位は、ポリマー鎖を有するため溶剤への溶解性に優れている。このため、上記特定の分散剤が、金属粒子を取り囲んで、溶剤中で安定して存在するため、金属粒子同士の凝集が生じにくく、分散性及び分散安定性に優れ、金属粒子が沈降することをも抑制することができるものと推測される。
本発明に係る金属粒子分散体は、上述のように金属粒子の分散性及び分散安定性に優れているため、従来と比較して、金属粒子に対する分散剤の含有割合を低く抑えることも可能となる。そのため、低粘度の金属微粒子分散体とすることもでき、また、当該金属粒子分散体を、焼成して金属膜を形成する場合、焼結後の有機成分の残存が少ないというメリットがある。
なお、本発明において低粘度の具体的な目安としては、金属粒子分散体の粘度が10mPa・s以下のことをいい、更に、3mPa・s以下であることが好ましい。このような低粘度の金属微粒子分散体は、インクジェット用の組成物としても好適に用いることができる。
前記金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、亜鉛、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子であり、且つ、
前記分散剤は、下記一般式(I)で表される構成単位と、下記一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、前記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び前記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体である。
以下、このような本発明の金属粒子分散体の各成分について順に詳細に説明する。
本発明に用いられる金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子である。なお、本発明において、金属粒子とは、金属状態の粒子に加えて、合金状態の粒子や、金属化合物の粒子等も含まれるものである。また、例えば、金属状態の粒子の表面が酸化されて金属酸化物となっているように、1つの粒子中に、金属、合金、及び金属化合物の1種以上が含まれていてもよいものである。代表的には、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上の金属、合金、及び金属化合物の1種以上である金属粒子が挙げられる。
また、焼結膜形成用途において、本発明に用いられる金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、亜鉛及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子である。
金属の種類は、用途に応じて、導電性、抗菌性、熱線遮蔽性等を有するもの等を適宜選択することができる。なお、本発明の金属粒子分散体を焼成などにより金属膜とする場合には、当該金属膜が導電性、抗菌性、熱線遮蔽性等を発現する金属、合金、及び金属化合物の1種以上を適宜選択すればよい。
導電性を有する金属としては、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、インジウム、ガリウム、及びゲルマニウムが挙げられるが、これらのうち、金、銀、銅、及びニッケル等が導電性の点から好適なものとして挙げられる。抗菌性を有する金属としては、銀、及び銅が挙げられる。また、熱線遮蔽性が良好な金属としては、銀、銅、ITO(スズドープ酸化インジウム)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、六ホウ化ランタンが挙げられる。なお、ここでの熱線遮蔽性には、熱線吸収性と熱線反射性が包含される。
また、合金としては、例えば、銅−ニッケル合金、銀−パラジウム合金等が挙げられる。
(i)銅、
(ii)インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、及びアルミニウムよりなる群から選択される1種以上、
(iii)硫黄、セレン、及びテルルよりなる群から選択される1種以上
上記(i)と(ii)と(iii)とを含む金属化合物としては、具体的には、CIS(Cu−In−Se)系化合物あるいはCIGS(Cu−In−Ga−Se)系化合物、CZTS(Cu−Zn−Sn−Se)系化合物、CuSbSe等が挙げられる。より具体的には、CuAlS2,CuGaS2,CuInS2,CuAlSe2,CuGaSe2,CuInSe2(CIS),Cu(In1−xGax)Se2(CIGS),Cu(In1−xAlx)Se2,Cu(In1−xGax)(S,Se)2,CuSbS2、Cu2SbS3、Cu2SnSe3、CuZnSnS2、Cu(In1−xGax)Te2が挙げられ、CuInS2、CuInSe2(CIS)、Cu(In,Ga)S2、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、Cu2ZnSn(S,Se)2が特に好ましい。当該金属化合物を含有する金属粒子の焼結膜は、例えば光電変換半導体膜として好適に用いられる。
例えば焼結膜形成用途において、例えば、銅粒子と、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、及びアルミニウムよりなる群から選択される1種以上と、硫黄、セレン、及びテルルよりなる群から選択される1種以上とを含む金属化合物粒子の1種以上とを組み合わせて混合した分散体としたり、銅、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、及びアルミニウムよりなる群から選択される1種以上と、硫黄、セレン、及びテルルよりなる群から選択される1種以上とを含む金属化合物粒子の2種以上を組み合わせて混合した分散体としても良い。
また、化学還元法の1種としては、錯化剤及び保護コロイドの存在下で、金属酸化物と還元剤とを溶媒中で混合して生成する方法が挙げられる。
また、上記保護コロイドは、精製した金属粒子の分散安定化剤として作用するものであり、具体的には、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等のタンパク質系;デンプン、デキストリン等の天然高分子;ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系;ポリビニルアルコール等の親水性合成高分子等が挙げられる。中でも、分散安定性の点からは、タンパク質系の保護コロイドが好ましい。
なお、上記の方法の他、市販の金属粒子を適宜用いることができる。
なお、上記金属粒子の平均粒径は、電子顕微鏡写真から一次粒子の大きさを直接計測する方法で求めることができる。具体的には、個々の一次粒子の短軸径と長軸径を計測し、その平均をその粒子の粒径とした。次に100個以上の粒子についてそれぞれ粒子の体積(質量)を、求めた粒径の直方体と近似して求め、体積平均粒径として求めそれを平均粒径とした。なお、電子顕微鏡は透過型(TEM)、走査型(SEM)又は走査透過型(STEM)のいずれを用いても同じ結果を得ることができる。
本発明において用いられる分散剤は、下記一般式(I)で表される構成単位と、下記一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、下記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び下記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体である。
R8は、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO又は−CH2COOR11で示される1価の基であり、R9は、炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、又は−[CO−(CH2)y−O]z−R8で示される1価の基である。R10は、炭素数1〜18のアルキル基であり、R11は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を示す。
上記炭化水素基は、置換基を有していてもよい。
mは1〜5の整数、n及びn’は5〜200の整数を示す。xは1〜18の整数、yは1〜5の整数、zは1〜18の整数を示す。)
Rbは、炭化水素基、−[CH(Rc)−CH(Rd)−O]s−Re、−[(CH2)t−O]u−Re、又は−O−Rb’で示される1価の基である。Rb’は、炭化水素基、−[CH(Rc)−CH(Rd)−O]s−Re、又は−[(CH2)t−O]u−Reで示される1価の基である。
Rc及びRdは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、Reは、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO、又は−CH2COORlで示される1価の基であり、Rlは水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。Rf、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、又は、炭化水素基をエーテル結合及びエステル結合の少なくとも1つで結合した基であって、Rf及びRhは、互いに結合して環構造を形成してもよい。上記環状構造を形成した場合、置換基Rnを有していてもよく、Rnは、水素原子、炭化水素基、又は、炭化水素基をエーテル結合及びエステル結合の少なくとも1つで結合した基である。
Ra、Ra’、及びRbにおいて、炭化水素基はそれぞれ、置換基を有していてもよい。
sは1〜18の整数、tは1〜5の整数、uは1〜18の整数を示す。)
本発明で用いられるグラフト共重合体は、一般式(I)で表される構成単位を有する。
一般式(I)において、Aは、直接結合又は2価の連結基である。直接結合とは、下記一般式(I−1)のように、Qが連結基を介することなく炭素原子に直接結合していることを意味する。
中でも、分散性の点から、一般式(I)におけるAは、直接結合、或いは、−CONH−基又は−COO−基を含む2価の連結基であることが好ましい。
例えば、Aが−COO−基を含む2価の連結基でQが上記一般式(I−a)で表される基である場合、一般式(I)で表される構成単位は下記式(I−2)で表される構造が挙げられる。
一般式(I−2)中のR15及びR16は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基である。
xは1〜18の整数、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1〜2の整数であり、yは1〜5の整数、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは2又は3である。zは1〜18の整数、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1〜2の整数である。
一般式(I−2)中のR14としては、分散性の点から、炭素数1〜8のアルキレン基が好ましく、中でも、R14がメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基であることが更に好ましく、メチレン基及びエチレン基がより好ましい。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、アルキル基の炭素数は、1〜18が好ましく、中でも、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ビフェニルメチル基等が挙げられる。アラルキル基の炭素数は、7〜20が好ましく、更に7〜14が好ましい。
また、アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、トリル基、キシリル基等が挙げられる。アリール基の炭素数は、6〜24が好ましく、更に6〜12が好ましい。なお、上記好ましい炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。
ヘテロ原子を含む炭化水素基とは、上記炭化水素基中の炭素原子がヘテロ原子でおきかえられた構造を有する。炭化水素基が含んでいてもよいヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子等が挙げられる。
また、炭化水素基中の水素原子は、炭素数1〜5のアルキル基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子により置換されていてもよい。
上記含窒素複素環基を形成する含窒素複素環式化合物としては、具体的には、ピリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、ピロリジン、ピロリン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、ベンゾイミダゾール等が挙げられる。中でも、ピリジン、ピペリジン、ピペラジン、イミダゾール等のヘテロ原子として窒素原子のみを含む含窒素複素環式化合物であることが好ましく、ピリジン、イミダゾール等の芳香族性を有する含窒素複素環基であることがより好ましい。
一般式(I)で表される構成単位は、前記金属粒子との親和性を有する部位として機能すれば良く、1種からなるものであっても良いし、2種以上の構成単位を含んでいてもよい。
上記グラフト共重合体は、側鎖にポリマー鎖を含む前記一般式(II)で表される構成単位を有することにより、溶剤親和性が良好になり、金属粒子の分散性及び分散安定性が良好なものとなる。
式(III)中、R4は水素原子又はメチル基であり、R5は炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、−[CO−(CH2)y−O]z−R8、−CO−O−R9又は−O−CO−R10で示される1価の基である。
R5における炭化水素基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、アラルキル基、又はアリール基であることが好ましい。
上記炭素数1〜18のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、2−エチルヘキシル基、2−エトキシエチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ボルニル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基、アダマンチル基、低級アルキル基置換アダマンチル基などを挙げることができる。
上記炭素数2〜18のアルケニル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このようなアルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基、プロペニル基などを挙げることができる。アルケニル基の二重結合の位置には限定はないが、得られたポリマーの反応性の点からは、アルケニル基の末端に二重結合があることが好ましい。
R5における、アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ビフェニルメチル基等が挙げられる。アラルキル基の炭素数は、7〜20が好ましく、更に7〜14が好ましい。
上記R8、及びR9のうちの炭素数1〜18のアルキル基、アラルキル基、アリール基は、前記のR5で示したとおりである。
上記R10、及びR11のうちのアルキル基は、前記のR5で示したとおりである。
上記R5、R8、R9、及びR10が、芳香環を有する基である場合、当該芳香環はさらに置換基を有していてもよい。当該置換基としては、例えば炭素数1〜5の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基の他、アルケニル基、ニトロ基、F、Cl、Br等のハロゲン原子などが挙げられる。
なお、上記好ましい炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。
上記R5及びR9おいて、x、y及びzは、前記Aで説明したとおりである。
ここで、上記R5及びR9をこのように設定する理由は、上記R5及びR9を含む構成単位が、上記溶媒に対して溶解性を有し、上記モノマーの塩基部分が形成する塩形成部位が金属粒子に対して高い吸着性を有するものであることにより、金属粒子の分散性、及び安定性を特に優れたものとすることができるからである。
更に、上記R5及びR9としては、金属粒子分散体の用途に合わせて適宜選択されることが好ましい。例えば、金属粒子分散体を焼成して用いる場合には、上記R5及びR9としては、熱分解し易い、分岐アルキル基(イソプロピル、イソブチル、2−エチルヘキシル)やメチル基、n−ブチル基などが好ましい。金属粒子分散体を焼成して用いる場合には、当該分岐アルキル基としては、炭素数3〜18の分岐アルキル基であることが好ましく、更に炭素数3〜8の分岐アルキル基であることがさらに好ましい。
また、例えば、熱線遮蔽性等を有する機能性フィルムに用いる場合には、上記R5及びR9としては、透明性や耐熱性などを考慮して、脂環アルキル基(シクロヘキシル、イソボルニル、アダマンチル)などが好ましい。
更に、金属粒子分散体を含む樹脂成型品とする場合には、組み合わせて使用する樹脂と類似の骨格とすることが好ましく、例えば、ポリメチルメタクリレートを用いる場合には、上記R5及びR9としてはメチル基等とすることが好ましい。
当該ポリマー鎖の溶解性は、グラフト共重合体を調製する際のポリマー鎖を導入する原料が上記溶解度を有することを目安にすることができる。例えば、グラフト共重合体にポリマー鎖を導入するために、ポリマー鎖及びその末端にエチレン性不飽和二重結合を有する基を含む重合性オリゴマーを用いた場合、当該重合性オリゴマーが上記溶解度を有すれば良い。また、エチレン性不飽和二重結合を有する基を含むモノマーにより共重合体が形成された後に、共重合体中に含まれる反応性基と反応可能な反応性基を含むポリマー鎖を用いて、ポリマー鎖を導入する場合、当該反応性基を含むポリマー鎖が上記溶解度を有すれば良い。
なお、上記構成単位の含有割合は、一般式(I)で表される構成単位を有するグラフト共重合体を合成する際の仕込み量から算出される。
例えば、側鎖にカルボキシル基を有する共重合体に、末端にグリシジル基を有するポリマー鎖を反応させたり、側鎖にイソシアネート基を有する共重合体に、末端にヒドロキシ基を有するポリマー鎖を反応させたりして、ポリマー鎖を導入することができる。
なお、上記重合においては、重合に一般的に用いられる添加剤、例えば重合開始剤、分散安定剤、連鎖移動剤などを用いてもよい。
本発明の分散剤は、上記一般式(I)で表される構成単位が有する窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、下記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び下記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体である。
本発明においては、ハロゲン化炭化水素、下記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び下記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を塩形成剤として用いることにより、分散剤を、前記金属粒子の分散性及び安定性に優れ、本発明の金属粒子分散体を焼成して金属膜を形成する場合に焼成時に当該分散剤を揮散乃至分解しやすいものとすることができる。
また、上記ハロゲン化炭化水素の炭素数としては、1〜30であることが好ましく、更に1〜25、より更に1〜18であることが好ましい。
具体的には、塩化アリル、臭化アリル、ヨウ化アリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、及びヨウ化ベンジルからなる群から選択される少なくとも1種であることが、塩形成反応のしやすさと、生成した塩形成部位が金属粒子への吸着性に優れている点から好ましい。
前記一般式(V)及び一般式(VI)において、Ra、Ra’、Ra’’、Rb、Rb’、及びReにおける、炭化水素基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、アラルキル基、又はアリール基であることが好ましく、当該炭素数1〜18のアルキル基、アラルキル基、及びアリール基は、前記一般式(III)におけるR5と同様のものとすることができる。
前記一般式(V)及び一般式(VI)において、Rf、Rg、Rh、Ri、Rj、Rk、Rl、及びRnにおける、炭化水素基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、アラルキル基、又はアリール基であることが好ましく、当該炭素数1〜18のアルキル基、アラルキル基、及びアリール基も、前記一般式(III)におけるR5と同様のものとすることができる。
中でも、炭素数が1〜8のアルキル基、炭素数が7〜11のアラルキル基、炭素数が6〜12のアリール基が、金属粒子の分散性が良好な点、及び金属粒子分散体を焼成する際に有機成分が残存し難い点から好適に用いられる。
Ra、Ra’、Ra’’、Rb及びRb’において、sは1〜18の整数、tは1〜5の整数、uは1〜18の整数である。sは、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1〜2の整数であり、tは、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは2又は3である。uは、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1〜2の整数である。
本発明において分散剤に用いられる塩型分散剤の製造方法としては、上記で得られたグラフト共重合体の前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化炭化水素、上記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び上記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体を製造することができる方法であればよく特に限定されない。
例えば、上記で得られたグラフト共重合体を、後述する溶剤中に溶解又は分散し、次いで該溶剤中に上記ハロゲン化炭化水素、前記一般式(V)で表される酸性リン化合物、及び前記一般式(VI)で表されるスルホン酸化合物の少なくとも1種を添加し、攪拌、更に必要により加熱することにより製造することができる。
本発明の金属粒子分散体において、溶剤は、金属粒子分散体中の各成分とは反応せず、これらを溶解もしくは分散可能な有機溶剤であればよく、特に限定されない。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系;メトキシアルコール、エトキシアルコール、メトキシエトキシエタノール、エトキシエトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテルアルコール系;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチルなどのエステル系;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系;メトキシエチルアセテート、メトキシプロピルアセテート、メトキシブチルアセテート、エトキシエチルアセテート、エチルセロソルブアセテート、メトキシエトキシエチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエーテルアルコールアセテート系;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどの非プロトン性アミド系;γ−ブチロラクトンなどのラクトン系;ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレンなどの不飽和炭化水素系;n−ヘプタン、n−ヘキサン、n−オクタンなどの飽和炭化水素系などの有機溶剤が挙げられる。
中でも、本発明に用いられる溶剤としては、(MEK)メチルエチルケトン、MIBK(メチルイソブチルケトン)、MBA(酢酸3−メトキシブチル)、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、DMDG(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、BCA(ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)又はこれらを混合したものが、分散剤の溶解性や塗布適性の点から好ましい。
本発明の金属粒子分散体には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、その他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、例えば、錯化剤、保護コロイド、還元剤、濡れ性向上のための界面活性剤、密着性向上のためのシランカップリング剤、消泡剤、ハジキ防止剤、酸化防止剤、凝集防止剤、紫外線吸収剤等が挙げられる。
本発明において、金属粒子分散体の製造方法は、金属粒子が良好に分散できる方法であればよく、従来公知の方法から適宜選択して用いることができる。具体的には、例えば、前記分散剤を前記溶媒に混合、攪拌し、分散剤溶液を調製した後、当該分散剤溶液に、金属粒子と、必要に応じて他の成分を混合し、公知の攪拌機、又は分散機等を用いて分散させることによって、金属粒子分散体を調製することができる。
本発明の金属粒子分散体は、分散性及び分散安定性に優れ、金属粒子の沈降も抑制されることから、従来公知の用途に好適に用いることができる。本発明の金属粒子分散体は、例えば、導電性材料、金属光沢を付与する材料、抗菌性材料、熱線遮蔽性を付与する材料、帯電防止性を付与する材料、蛍光材料等に用いられる。更に本発明の金属粒子分散体は、従来よりも低温で焼成した場合であっても、得られた金属膜に有機成分の残存が少ないことから、特に、焼成による金属膜形成用途に好適に用いることができる。
本発明に係る物品は、前記本発明に係る金属粒子分散体又は金属粒子分散体を含む組成物の塗膜、成形体又は焼結膜を含むことを特徴とする。
また、前記本発明に係る金属粒子分散体又は金属粒子分散体を含む組成物の焼結膜を含む物品としても、典型的には、焼結膜の支持体となる基材を含む態様が挙げられる。
ここで、上記塗膜及び焼結膜としては、連続層だけでなく、島状の不連続層であっても良く、金属粒子が何らかの基材に不連続に担持されている状態を含む。
図1は、本発明の物品の一例を示す概略断面図であり、物品100は、基材1上に、金属粒子分散体又は金属粒子分散体を含む組成物を焼成処理して形成された焼結膜2を有している。
図2は、本発明の物品の他の一例を示す概略断面図であり、物品100は、基材1上に、金属粒子4が薄膜3で担持された塗膜10を有している。
また、図3は、本発明の物品の他の一例を示す概略断面図であり、物品100は、基材1上に、マトリックス5中に金属粒子6を含有する塗膜10を有している。
当該基材の形状は、用途に応じて適宜選択すればよく、平板上であっても、曲面を有するものであってもよい。平板上の基材を用いる場合、当該基材の厚みは、用途に応じて適宜設定すればよく、例えば25μm〜100mm程度のものとすることができる。
また、前記本発明に係る金属粒子分散体又は金属粒子分散体を含む組成物の焼結膜、すなわち、金属粒子分散体又は金属粒子分散体を含む組成物の塗膜が焼成されてなる、焼結膜を含む物品としては、例えば、配線基板、導電膜、電極、光電変換半導体膜等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの物品の上記塗膜又は焼結膜以外の構成については、従来公知の構成を適宜選択して用いることができる。
例えば、金属粒子分散体を、抗菌剤、色材、又は補強材等として含有した、樹脂成形物や、樹脂繊維などが挙げられ、抗菌性物品、意匠性物品等が挙げられる。
焼結膜形成用途としては、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレートなどの分岐アルキル基を有するモノマーを重合成分に含んで重合したアクリル(共)重合体が好ましく、分散性の観点から、前記分岐アルキル基を有するモノマーとメタクリル酸などの酸価を有するモノマーとを重合成分に含んで重合したアクリル共重合体が更に好ましい。
これらは一例であり、金属粒子分散体を含む組成物に含まれる構成成分は、各物品において公知の構成成分を適宜選択して採用すれば良く、上記に限定されるものではない。
具体的には、例えば熱線遮蔽フィルムの場合、樹脂基材等の基材上に、前記本発明に係る金属粒子分散体と光硬化性樹脂を含む組成物の硬化膜が配置された構造が挙げられる。当該樹脂基材や当該光硬化性樹脂は、熱線遮蔽フィルムに従来用いられていた樹脂基材や光硬化性樹脂を適宜選択して用いることができる。
物品の製造方法は、例えば、基材又は基材上の他の機能層上に、上記金属粒子分散体又は上記金属粒子分散体を含む組成物を塗布して、塗膜を形成することにより得ることができる。また、当該塗膜は、必要に応じて焼成処理して、焼結膜とすることができる。
本発明の焼結膜の製造方法は、焼結膜形成用金属粒子分散体を含む組成物(塗布液)を、基材上に塗布して塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成処理する工程とを有する。
酸化第二銅64gとゼラチン5.1gを650mLの純水に添加し、混合して混合液とした。15%のアンモニア水を用いて、当該混合液のpHを10に調整した後、20分かけて室温から90℃まで昇温した。昇温後、攪拌しながら錯化剤として1%のメルカプト酢酸溶液6.4gと、80%のヒドラジン一水和物75gを150mLの純水に混合した液を添加し、1時間かけて酸化第二銅と反応させて、銅粒子を生成させた。その後、濾過洗浄し、乾燥することで、銅粒子を得た。得られた銅粒子を走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察したところ、平均一次粒径は、50nmであった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(略称PGMEA)80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度90℃に加温した。メタクリル酸メチル50.0質量部、メタクリル酸−n−ブチル15.0質量部、メタクリル酸ベンジル15.0質量部、メタクリル酸2−エトキシエチル20.0質量部、メルカプトエタノール4.0質量部、PGMEA30質量部、α,α’−アゾビスイソブチロニトリル(略称AIBN)1.0質量部の混合溶液を1.5時間かけて滴下し、さらに3時間反応した。次に、窒素気流を止めて、この反応溶液を80℃に冷却し、カレンズMOI(昭和電工社製)8.74質量部、ジラウリン酸ジブチルすず0.125質量部、p−メトキシフェノール0.125質量部、及びPGMEA10質量部、を加えて3時間攪拌することで、マクロモノマーMM−1の49.5質量%溶液を得た。得られたマクロモノマーMM−1を、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて、N−メチルピロリドン、0.01mol/L臭化リチウム添加/ポリスチレン標準の条件で確認したところ、質量平均分子量(Mw)4040、数平均分子量(Mn)1930、分子量分布(Mw/Mn)は2.09であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度90℃に加温した。メタクリル酸メチル100.0質量部、メルカプトエタノール4.0質量部、PGMEA30質量部、AIBN1.0質量部の混合溶液を1.5時間かけて滴下し、さらに3時間反応した。次に、窒素気流を止めて、この反応溶液を80℃に冷却し、カレンズMOI8.74質量部、ジラウリン酸ジブチルすず0.125質量部、p−メトキシフェノール0.125質量部、及びPGMEA10質量部、を加えて3時間攪拌することで、マクロモノマーMM−2の49.8質量%溶液を得た。得られたマクロモノマーMM−2を、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて、N−メチルピロリドン、0.01mol/L臭化リチウム添加/ポリスチレン標準の条件で確認したところ、質量平均分子量(Mw)4130、数平均分子量(Mn)1940、分子量分布(Mw/Mn)は2.13であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度85℃に加温した。合成例2のマクロモノマーMM−1溶液67.33質量部(有効固形分33.33質量部)、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル(略称DMA)16.67質量部、n−ドデシルメルカプタン1.24質量部、PGMEA20.0質量部、AIBN0.5質量部の混合溶液混合溶液を1.5時間かけて滴下し、3時間加熱攪拌したのち、AIBN0.10質量部 、PGMEA10.0質量部 の混合液を10分かけて滴下し、さらに同温で1時間熟成することで、グラフト共重合体GP−1の26.0質量%溶液を得た。得られたグラフト共重合体GP−1は、GPC測定の結果、質量平均分子量(Mw)11510、数平均分子量(Mn)4730、分子量分布(Mw/Mn)は2.43であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度85℃に加温した。合成例3のマクロモノマーMM−2溶液66.93質量部(有効固形分33.33質量部)、DMA16.67質量部、n−ドデシルメルカプタン1.24質量部、PGMEA20.0質量部、AIBN0.5質量部の混合溶液混合溶液を1.5時間かけて滴下し、3時間加熱攪拌したのち、AIBN0.10質量部 、PGMEA10.0質量部 の混合液を10分かけて滴下し、さらに同温で1時間熟成することで、グラフト共重合体GP−2の26.2質量%溶液を得た。得られたグラフト共重合体GP−2は、GPC測定の結果、質量平均分子量(Mw)11230、数平均分子量(Mn)4350、分子量分布(Mw/Mn)は2.58であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度85℃に加温した。合成例2のマクロモノマーMM−1溶液50.50質量部(有効固形分25.00質量部)、プラクセルFA−10Lを11.9質量部(ダイセル化学社製 ヒドロキシエチルアクリレートにカプロラクトン10mol付加品 70%溶液 有効固形分8.33質量部)、DMA16.67質量部、n−ドデシルメルカプタン1.24質量部、PGMEA30.0質量部、AIBN0.5質量部の混合溶液混合溶液を1.5時間かけて滴下し、3時間加熱攪拌したのち、AIBN0.10質量部 、PGMEA10.0質量部 の混合液を10分かけて滴下し、さらに同温で1時間熟成することで、グラフト共重合体GP−3の25.8質量%溶液を得た。得られたグラフト共重合体GP−3は、GPC測定の結果、質量平均分子量(Mw)12700、数平均分子量(Mn)4880、分子量分布(Mw/Mn)は2.60であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル(EMDG)142.61質量部とフェニルホスホン酸(商品名:PPA、日産化学社製)50.00質量部、p−メトキシフェノール0.10質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度120℃まで加温した。メタクリル酸グリシジル(GMA)44.96質量部を30分かけて滴下し、2時間加熱攪拌することで、PPAの2価の酸性基の半分がGMAのエポキシ基とエステル化した有機ホスホン酸モノエステル化合物を含む有機ホスホン酸エステル化合物1(PPA−GMA)の40.0質量%溶液を得た。エステル化反応の進行は酸価測定により、生成物の組成比は31P−NMR測定により確認した。酸価は190mgKOH/gであり、有機ホスホン酸モノエステル化合物が55%、有機ホスホン酸ジエステル化合物が23%、PPAが22%の組成比であった。
100mLナスフラスコ中で、PGMEA13.74質量部に、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液35.49質量部(有効固形分9.23質量部)を溶解させ、更に、フェニルホスホン酸(商品名:PPA、日産化学社製)0.77質量部(グラフト共重合体の3級アミノ基に対して0.25モル当量)を加え、40℃で30分攪拌することで分散剤溶液A(固形分20質量%)を調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、フェニルホスホン酸と酸・塩基反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA13.90質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液35.27質量部(有効固形分9.17質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、フェニルホスフィン酸0.83質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Bを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、フェニルホスフィン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA14.14質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液34.95質量部(有効固形分9.09質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、ベンゼンスルホン酸0.91質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Cを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、ベンゼンスルホン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA12.73質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液36.86質量部(有効固形分9.58質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、ホスホン酸0.42質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して0.25モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Dを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、ホスホン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA12.29質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液36.91質量部(有効固形分9.60質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、ホスフィン酸50質量%水溶液0.80質量部(有効固形分0.40質量部、グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Eを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、ホスフィン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA13.70質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液32.30質量部(有効固形分8.40質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、合成例7で得られた有機ホスホン酸エステル化合物1(PPA−GMA)4.00質量部(有効固形分1.60質量部、グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Fを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、有機ホスホン酸エステル化合物1と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例2において、PGMEA14.17質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液の代わりに、合成例5のグラフト共重合体GP−2溶液35.00質量部(有効固形分9.17質量部)を用いた以外は、製造例2と同様にして、分散剤溶液Gを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、フェニルホスフィン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
製造例2において、PGMEA13.62質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液の代わりに、合成例6のグラフト共重合体GP−3溶液35.55質量部(有効固形分9.17質量部)を用いた以外は、製造例2と同様にして、分散剤溶液Hを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、フェニルホスフィン酸と酸−塩基反応により塩形成されている。
100mLナスフラスコ中で、PGMEA13.66質量部に、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液35.60質量部(有効固形分9.25質量部)を溶解させ、更に、塩化ベンジル0.75質量部(グラフト共重合体の3級アミノ基に対して0.3モル当量)を加え、120℃で2時間攪拌することで分散剤溶液I(固形分20質量%)を調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、塩化ベンジルと四級化反応により塩形成されている。
製造例9において、PGMEA12.86質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液36.68質量部(有効固形分9.54質量部)、塩化ベンジルの代わりに、塩化アリル0.46質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例9と同様にして、分散剤溶液Jを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、塩化アリルと四級化反応により塩形成されている。
製造例1において、PGMEA13.57質量部、合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液35.71質量部(有効固形分9.29質量部)、フェニルホスホン酸の代わりに、臭化アリル0.71質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して0.3モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液Kを調製した。このとき、グラフト共重合体のアミノ基は、臭化アリルと四級化反応により塩形成されている。
合成例1で得られた銅粒子40.0質量部、製造例1で得られた分散剤溶液A15.0質量部(有効固形分3.0質量部)、PGMEA45.0質量部を混合し、ペイントシェーカー(浅田鉄工社製)にて予備分散として2mmジルコニアビーズで1時間、さらに本分散として0.1mmジルコニアビーズで4時間分散し、実施例1の金属粒子分散体Aを得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、製造例2〜11で得られた分散剤溶液B〜Kをそれぞれ用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2、4、5、7、8、10、11及び参考例3、6、9の金属粒子分散体B〜Kを得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、塩形成していない合成例4のグラフト共重合体GP−1溶液11.54質量部(有効固形分3.0質量部)を用い、PGMEA48.46質量部とした以外は、実施例1と同様にして、比較例1の金属粒子分散体X1を得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、ソルスパース71000(日本ルーブリゾール社製)3.0質量部、PGMEA57.0質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例2の金属粒子分散体X2を得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、BYK−111(ビックケミー社製)3.0質量部、PGMEA57.0質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例3の金属粒子分散体X3を得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、BYK−161(ビックケミー社製)10.0質量部(有効固形分3.0質量部)、PGMEA50.0質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例4の金属粒子分散体X4を得た。
実施例1において、分散剤溶液Aの代わりに、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)3.0質量部、PGMEA57.0質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例5の金属粒子分散体X5を得た。
<分散性評価>
金属粒子の分散性の評価として、各実施例、参考例及び比較例で得られた金属粒子分散体中の金属粒子の平均粒径とせん断粘度の測定を行った。平均粒径の測定には、日機装社製「ナノトラック粒度分布計UPA−EX150」を用い、粘度測定には、Anton Paar社製「レオメータMCR301」を用いて、せん断速度が60rpmのときのせん断粘度を測定した。結果を表1に示す。
各実施例、参考例及び比較例で得られた金属粒子分散体を、冷蔵で1週間静置し、静置後の金属微粒子分散体中の沈降物を目視で観察した。結果を表1に示す。
沈降物がなければ分散安定性に優れているといえる。
(1)導電性基板の作製
各実施例、参考例及び比較例で得られた金属粒子分散体を、ガラス基板(商品名:OA−10G、日本電気硝子社製、厚さ0.7m)上にワイヤーバーで塗布して、80℃で15分乾燥して、膜厚が2μmの塗膜とした。得られた塗布膜を、300℃、水素3体積%/窒素97体積%の混合ガス雰囲気下で30分焼成し、導電性基板を得た。
表面抵抗計(ダイアインスツルメンツ社製「ロレスタGP」、PSPタイププローブ)を用いて、上記(1)で得られた実施例1、2、4、5、7、8、10、11、参考例3、6、9、及び比較例1〜5の基板の焼結膜に4探針を接触させ、4探針法によりシート抵抗値を測定した。結果を表1に示す。
シート抵抗値が低ければ、低温焼結性に優れ、有機成分の残存が少ないといえる。なお、本測定法によるシート抵抗値の測定上限は108Ω/□であった。
硝酸銀50gと純水200mLの混合液に、ポリメタクリル酸2−ジメチルアミノエチル(質量平均分子量2000)5gと50mLの純水に混合した液を添加し、1時間かけて硝酸銀と反応させて、銀粒子を生成させた。その後、濾過洗浄し、乾燥することで、銀粒子を得た。得られた銀粒子を走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察したところ、平均一次粒径は、40nmであった。
合成例8で得られた銀粒子10.0質量部、製造例2で得られた分散剤溶液B30.0質量部(有効固形分6.0質量部)、PGMEA60.0質量部を混合し、ペイントシェーカーにて予備分散として2mmジルコニアビーズで1時間、さらに本分散として0.1mmジルコニアビーズで8時間分散し、実施例12の金属粒子分散体Lを得た。
実施例12において、銀粒子の代わりに、モリブデン粒子(シグマアルドリッチ社製、100nm以下)を用い、本分散時間を6時間とした以外は、実施例12と同様にして、実施例13の金属粒子分散体Mを得た。
実施例12において、銀粒子の代わりに、アルミナ粒子(シグマアルドリッチ社製、100nm以下)を用い、本分散時間を2時間とした以外は、実施例12と同様にして、実施例14の金属粒子分散体Nを得た。
ATO粒子(スズドープ酸化アンチモン粒子、「T−1−20L」三菱マテリアル社製、平均粒径20nm)10.0質量部、製造例2で得られた分散剤溶液B15.0質量部(有効固形分3.0質量部)、PGMEA75.0質量部を混合し、ペイントシェーカーにて予備分散として2mmジルコニアビーズで1時間、さらに本分散として0.1mmジルコニアビーズで24時間分散し、実施例15の金属粒子分散体Oを得た。
実施例15において、分散剤溶液Bの代わりに、製造例11の分散剤溶液Kを用いた以外は、実施例15と同様にして、実施例16の金属粒子分散体Pを得た。
実施例15において、ATO粒子の代わりに、ITO粒子(スズドープ酸化インジウム粒子、「ナノテックITO−R」シーアイ化成社製、平均粒径30nm)を用い、本分散時間を12時間とした以外は、実施例15と同様にして、実施例17の金属粒子分散体Qを得た。
<分散性評価>
金属粒子の分散性の評価として、実施例12〜17で得られた金属粒子分散体中の金属粒子の平均粒径とせん断粘度の測定を行った。平均粒径の測定には、日機装社製「ナノトラック粒度分布計UPA−EX150」を用い、粘度測定には、Anton Paar社製「レオメータMCR301」を用いて、せん断速度が60rpmのときのせん断粘度を測定した。結果を表2に示す。
実施例12〜17で得られた金属粒子分散体を、冷蔵で1週間静置し、静置後の金属微粒子分散体中の沈降物を目視で観察した。結果を表2に示す。
沈降物がなければ分散安定性に優れているといえる。
実施例17の金属粒子分散体Q4.81質量部、ペンタエリスリトールトリアクリレート1.78質量部、イルガキュア814(BASF社製)0.10質量部を混合しインキを調製した。インキをPETフィルム上に10μmの膜厚となるように塗布し、70℃のオーブンで3分乾燥させた後、窒素雰囲気下で紫外線露光機により300mJ/cm2の紫外線を照射することで硬化塗膜を作製した。
<透過率測定>
参考例18の硬化塗膜を、分光光度計(島津製作所社製UV3100)を用いて300〜3000nmの波長領域の透過率を測定した。
表3に赤外線透過率(1200nmの透過率) 及び可視光透過率(650nmの透過率)の測定結果を示す。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度90℃に加温した。メタクリル酸イソブチル100.0質量部、メルカプトエタノール4.0質量部、PGMEA30.0質量部、AIBN1.0質量部の混合溶液を1.5時間かけて滴下し、さらに3時間反応した。次に、窒素気流を止めて、この反応溶液を80℃に冷却し、カレンズMOI8.74質量部、ジラウリン酸ジブチルすず0.125質量部、p−メトキシフェノール0.125質量部、及びPGMEA10.0質量部、を加えて3時間攪拌することで、マクロモノマーMM−3の50.0質量%溶液を得た。得られたマクロモノマーMM−3を、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて、N−メチルピロリドン、0.01mol/L臭化リチウム添加/ポリスチレン標準の条件で確認したところ、質量平均分子量(Mw)3720、数平均分子量(Mn)1737、分子量分布(Mw/Mn)は2.14であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度85℃に加温した。合成例9のマクロモノマーMM−3溶液66.66質量部(有効固形分33.33質量部)、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル(略称DMA)16.67質量部、n−ドデシルメルカプタン1.24質量部、PGMEA25.0質量部、AIBN0.5質量部の混合溶液混合溶液を1.5時間かけて滴下し、3時間加熱攪拌したのち、AIBN0.10質量部 、PGMEA10.0質量部 の混合液を10分かけて滴下し、さらに同温で1時間熟成することで、グラフト共重合体GP−4の25.2質量%溶液を得た。得られたグラフト共重合体GP−4は、GPC測定の結果、質量平均分子量(Mw)13063、数平均分子量(Mn)5259、分子量分布(Mw/Mn)は2.42であった。
冷却管、添加用ロート、窒素用インレット、機械的攪拌機、デジタル温度計を備えた反応器に、PGMEA80.0質量部を仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度85℃に加温した。合成例9のマクロモノマーMM−3溶液90.0質量部(有効固形分45.0質量部)、DMA5.0質量部、n−ドデシルメルカプタン1.24質量部、PGMEA10.0質量部、AIBN0.5質量部の混合溶液混合溶液を1.5時間かけて滴下し、3時間加熱攪拌したのち、AIBN0.10質量部 、PGMEA10.0質量部 の混合液を10分かけて滴下し、さらに同温で1時間熟成することで、グラフト共重合体GP−5の27.0質量%溶液を得た。得られたグラフト共重合体GP−5は、GPC測定の結果、質量平均分子量(Mw)12761、数平均分子量(Mn)5482、分子量分布(Mw/Mn)は2.33であった。
100mLナスフラスコ中で、PGMEA11.19質量部に、合成例10のグラフト共重合体GP−4溶液33.16質量部(有効固形分8.36質量部)を溶解させ、更に、臭化アリル0.64質量部(グラフト共重合体の3級アミノ基に対して0.3モル当量)を加え、40℃で30分攪拌することで分散剤溶液L(固形分20質量%)を調製した。このとき、グラフト共重合体GP-4のアミノ基は、臭化アリルと四級化反応により塩形成されている。
製造例12において、PGMEA13.41質量部、合成例11のグラフト共重合体GP−5溶液30.95質量部(有効固形分8.36質量部)、臭化アリル0.64質量部(グラフト共重合体のアミノ基に対して1.0モル当量)を用いた以外は、製造例1と同様にして、分散剤溶液M(固形分20質量%)を調製した。このとき、グラフト共重合体GP-5のアミノ基は、臭化アリルと四級化反応により塩形成されている。
ビス(2,4-ペンタンジオナト)銅(II)5.11g、トリス(2,4-ペンタンジオナト)インジウム(III) 6.47g、トリス(2,4-ペンタンジオナト)ガリウム(III)3.04gにオレイルアミン50mlを仕込み、窒素気流下攪拌しながら、温度150℃で10分間加温した。285℃まで加温した後、オレイルアミン60mlに溶解させた硫黄2.45gを注入して30分間反応させた。室温に戻し、イソプロピルアルコール(IPA)を加えることで生成物を沈殿させ、遠心分離操作により生成物を分離し、乾燥することで、CuInGaS粒子を得た。
合成例12で得られたCuInGaS粒子、製造例12で得られた分散剤溶液L15.0質量部(有効固形分3.0質量部)、メチルイソブチルケトン(MIBK)75.0質量部を混合し、ペイントシェーカー(浅田鉄工社製)にて予備分散として2mmジルコニアビーズで1時間、さらに本分散として0.1mmジルコニアビーズで1時間分散し、実施例19の金属粒子分散体Rを得た。
実施例19において、分散剤溶液Lの代わりに、製造例13で得られた分散剤溶液Mを用いた以外は、実施例19と同様にして、実施例20の金属粒子分散体Sを得た。
硫化銅(Alfa Aesar社製)4.3質量部、硫化インジウム(Alfa Aesar社製)4.4質量部、硫化ガリウム(Aldrich社製)1.3質量部、製造例12で得られた分散剤溶液L15.0質量部(有効固形分3.0質量部)、MIBK75.0質量部を混合し、ペイントシェーカーにて予備分散として2mmジルコニアビーズで1時間、さらに本分散として0.1mmジルコニアビーズで3時間分散し、実施例21の金属粒子分散体Tを得た。
実施例19において、分散剤溶液Lの代わりに、オレイルアミン3.0質量部、MIBK97.0質量部とした以外は、実施例19と同様にして、比較例6の金属粒子分散体Uを得た。
実施例19において、分散剤溶液Lの代わりに、PB822(味の素ファインテクノ社製)3.0質量部、MIBK97.0質量部とした以外は、実施例19と同様にして、比較例7の金属粒子分散体Vを得た。
実施例19において、分散剤溶液Lの代わりに、BYK−180(ビックケミー社製)3.0質量部、MIBK97.0質量部とした以外は、実施例19と同様にして、比較例8の金属粒子分散体Wを得た。
<分散安定性評価>
金属粒子の分散安定性の評価として、実施例19〜21及び比較例6〜8で得られた金属粒子分散体を、室温で静置し、金属粒子の堆積が始まるまでの日数を計測した。
結果を表4に示す。
(1)CuInGaS薄膜の作製
実施例19〜21及び比較例6〜8で得られた金属粒子分散体を、ガラス基板(商品名:OA−10G、日本電気硝子社製、厚さ0.7m)上にスピンコーターで成膜して、80℃で1分乾燥して、膜厚が500nmの塗膜とした。得られた塗布膜を、350℃、大気下で5分焼成し、CuInGaS薄膜を得た。
SEM−EDX装置(日立ハイテク社製「エネルギー分散型X線分析装置 Quantax70」を用い、上記(1)で得られた実施例19〜21及び比較例6〜8の薄膜のCu原子濃度数およびC原子濃度数を測定し、C原子濃度数/Cu原子濃度数より残留カーボン量を算出した。結果を表4に示す。
残留カーボン量の値が小さいほど、膜中の有機成分の残存が少ないといえる。
2 金属膜
3 薄膜
4 金属粒子
5 塗膜
10 金属含有層
100 基板
Claims (5)
- 金属粒子と、分散剤と、溶剤とを含有し、
前記金属粒子は、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデン、アルミニウム、アンチモン、スズ、クロム、ランタン、インジウム、ガリウム、亜鉛、及びゲルマニウムよりなる群から選択される1種以上を含む金属粒子であり、且つ、
前記分散剤は、下記一般式(I)で表される構成単位と、下記一般式(II)で表される構成単位とを有し、前記一般式(I)で表される構成単位に含まれる窒素部位の少なくとも一部と、ハロゲン化アリル、及び下記一般式(V)で表される酸性リン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とが塩を形成したグラフト共重合体である、焼結膜形成用金属粒子分散体。
(一般式(I)中、Aは、直接結合又は2価の連結基、R1は、水素原子又はメチル基、Qは、下記一般式(I−a)で表される基、又は、置換基を有していても良い、塩形成可能な含窒素複素環基を表す。)
(一般式(I−a)中、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子又はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基を表し、R2及びR3は互いに同一であっても異なっていてもよい。)
(一般式(II)中、R1’は、水素原子又はメチル基、Lは、直接結合又は2価の連結基、Polymerは、下記一般式(III)又は一般式(IV)で表される構成単位を少なくとも1種有するポリマー鎖を表す。)
(一般式(III)及び、一般式(IV)中、R4は水素原子又はメチル基であり、R5は炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、−[CO−(CH2)y−O]z−R8、−CO−O−R9又は−O−CO−R10で示される1価の基である。R6及びR7は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基である。
R8は、水素原子、炭化水素基、−CHO、−CH2CHO又は−CH2COOR11で示される1価の基であり、R9は、炭化水素基、シアノ基、−[CH(R6)−CH(R7)−O]x−R8、−[(CH2)y−O]z−R8、又は−[CO−(CH2)y−O]z−R8で示される1価の基である。R10は、炭素数1〜18のアルキル基であり、R11は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を示す。
上記炭化水素基は、置換基を有していてもよい。
mは1〜5の整数、n及びn’は5〜200の整数を示す。xは1〜18の整数、yは1〜5の整数、zは1〜18の整数を示す。)
(一般式(V)中、Ra及びRa’はそれぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数が1〜8のアルキル基、炭素数が7〜11のアラルキル基、又は炭素数が6〜12のアリール基である。) - 前記分散剤において、前記一般式(II)におけるPolymerは、下記一般式(III’)で表される構成単位を少なくとも1種有するポリマー鎖を表す、請求項1に記載の焼結膜形成用金属粒子分散体。
(一般式(III’)中、R 4 は水素原子又はメチル基であり、R 5’ は炭素数3〜18の分岐アルキル基、又は−CO−O−R 9 で示される1価の基である。R 9 は、炭素数3〜18の分岐アルキル基である。nは5〜200の整数を示す。) - 前記金属粒子が、下記(i)と(ii)と(iii)とを含む金属化合物を含有する、請求項1又は2に記載の焼結膜形成用金属粒子分散体。
(i)銅、
(ii)インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、及びアルミニウムよりなる群から選択される1種以上、
(iii)硫黄、セレン、及びテルルよりなる群から選択される1種以上 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の焼結膜形成用金属粒子分散体を含む組成物の塗膜が焼成されてなる、焼結膜。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の焼結膜形成用金属粒子分散体を含む組成物を、基材上に塗布して塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成処理する工程とを有する、焼結膜の製造方法。
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| JP2013201624A JP5630549B2 (ja) | 2012-10-03 | 2013-09-27 | 金属粒子分散体、並びに、当該金属粒子分散体を用いた物品、焼結膜及び焼結膜の製造方法 |
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