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JP7648921B2 - 導電性塗料及びプリント配線板 - Google Patents

導電性塗料及びプリント配線板 Download PDF

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JP7648921B2
JP7648921B2 JP2023026058A JP2023026058A JP7648921B2 JP 7648921 B2 JP7648921 B2 JP 7648921B2 JP 2023026058 A JP2023026058 A JP 2023026058A JP 2023026058 A JP2023026058 A JP 2023026058A JP 7648921 B2 JP7648921 B2 JP 7648921B2
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Description

本発明は、導電性塗料及びプリント配線板に関する。
近年、ウェアラブルデバイス、フレキシブルプリント基板やディスプレイなどの柔軟性や伸縮性を必要とするデバイスの普及に向けた取り組みが活発化している。これらデバイスは、通常、柔軟性や伸縮性を有する基板上に、導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電性塗料を塗布することによって形成されるが、導電性塗料より形成される塗膜にも、伸縮性が求められることがある。
伸縮性を有する配線を備えた導電部材として、例えば特許文献1には、ポリウレタン分散液と導電粒子の導電性ペーストを乾燥させて形成された配線と、可塑性基板とを有する導電部材が開示されている。
特開2012-54192号公報
しかしながら、従来の導電性塗料より形成される塗膜は、繰り返し伸縮すると抵抗値が上昇し、伸縮前の抵抗値(初期抵抗値)に対する伸縮後の抵抗値の変化率が大きくなることがある。特に初期抵抗値が低い場合、伸縮後の抵抗値が上昇したときの抵抗値の変化が顕著となる傾向にある。
本発明の目的は、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる導電性塗料及びプリント配線板を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
[1] バインダー樹脂(A)と、架橋剤(B)と、カーボンブラック(D)と、前記カーボンブラック(D)以外の導電性フィラー(C)とを含み、
前記カーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量が100~600ml/100gであり、
前記バインダー樹脂(A)は、重量平均分子量が200~7,000である樹脂を含み、
前記導電性フィラー(C)の含有量に対する、前記バインダー樹脂(A)及び前記架橋剤(B)の含有量の合計の質量比を表す(A+B)/Cが5/95~35/65であり、
前記バインダー樹脂(A)、前記架橋剤(B)及び前記導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対して、前記カーボンブラック(D)の含有量が0.5~3.5質量部であり、
下記式(1)を満たす、導電性塗料。
DBP吸油量×Wd/Wab≦130 ・・・(1)
(式(1)中、「DBP吸油量」はカーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量であり、「Wd」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対するカーボンブラック(D)の含有量であり、「Wab」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量%中のバインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)の含有量の合計である。)
[2] 絶縁基板上に、前記[1]の導電性塗料を用いて得られる塗膜により回路を形成してなるプリント配線板。
本発明によれば、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる導電性塗料及びプリント配線板を提供できる。
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「導電性」とは、一般的な意味での「絶縁性」と区別する用語であり、回路パターンについては好ましくは電気抵抗値が150Ω未満であることを意味する。
「塗膜」とは、本発明の導電性塗料より形成される塗膜であり、「導電性塗膜」又は「硬化塗膜」ともいう。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
[導電性塗料]
本発明の導電性塗料は、以下に示すバインダー樹脂(A)と、架橋剤(B)と、カーボンブラック(D)と、カーボンブラック(D)以外の導電性フィラー(C)とを含む。
導電性塗料は本発明の効果を損なわない範囲内であれば、必要に応じてバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)、導電性フィラー(C)及びカーボンブラック(D)以外の成分(以下、「その他の成分」ともいう。)をさらに含んでいてもよい。
<バインダー樹脂(A)>
バインダー樹脂(A)としては導電性塗料の結着樹脂として作用するものであればよいが、反応性基を有するものが好ましい。
反応性基としては、例えば水酸基、アミノ基、アミド基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、イソシアネート基、アルキルエーテル基、ヒドラジド基、メルカプト基、ビニル基、メタクリル基、アクリル基等が挙げられる。
バインダー樹脂(A)としては、例えばポリオール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレア樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン、スチレン-アクリル樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。これらの中でも、塗膜の伸縮性が向上する観点から、ポリオール樹脂が好ましい。
バインダー樹脂(A)は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。ただし、バインダー樹脂(A)は、重量平均分子量が200~7,000である樹脂を少なくとも含む。特に、バインダー樹脂(A)は、重量平均分子量が200~7,000であるポリオール樹脂(以下、「バインダー樹脂(A1)」ともいう。)を含むことが好ましく、バインダー樹脂(A1)と、バインダー樹脂(A1)以外の樹脂(以下、「バインダー樹脂(A2)」ともいう。)とを含むことがより好ましい。
(バインダー樹脂(A1))
バインダー樹脂(A1)は、重量平均分子量が200~7,000であるポリオール樹脂である。
ポリオール樹脂は、イソシアネート化合物のイソシアネート基(-NCO)と反応する水酸基(-OH)を有するものであり、重量平均分子量が200~7,000であれば特に限定されない。ポリオール樹脂としては、例えばポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリオレフィンポリオール、エポキシポリオール、ポリウレタンポリオールなどが挙げられる。これらの中でも、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールが好ましい。
ポリオール樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールはそれぞれ、多塩基酸と多価アルコール等との反応生成物である。
バインダー樹脂(A1)に含まれるポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールはそれぞれ、1種類でもよいし、2種類以上であってもよい。
多塩基酸としては、例えば無水フタル酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、コハク酸、シトラコン酸、アジピン酸、セバシン酸等のエチレン性飽和多価カルボン酸;無水マレイン酸、マレイン酸、無水イタコン酸、イタコン酸、フマル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸等のエチレン性不飽和多価カルボン酸などが挙げられる。
多塩基酸は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
多価アルコールとしては、例えばジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,3-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、グリセリン、グリセリンモノアリルエーテル、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。
多価アルコールは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
バインダー樹脂(A1)の水酸基価は、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましく、15mgKOH/g以上がさらに好ましい。
バインダー樹脂(A1)の水酸基価は、750mgKOH/g以下が好ましく、500mgKOH/g以下がより好ましく、250mgKOH/g以下がさらに好ましい。
バインダー樹脂(A1)の水酸基価が上記範囲内であれば、塗膜の伸縮性が良好なものとなる。
前記バインダー樹脂(A1)の水酸基価の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。例えば、バインダー樹脂(A1)の水酸基価は、5~750mgKOH/gが好ましく、10~500mgKOH/gがより好ましく、15~250mgKOH/gがさらに好ましい。
バインダー樹脂(A1)の水酸基価は、JIS K 0070:1992「化学製品の酸価、けん化価、エステル価、よう素価、水酸基価及び不けん化物の試験方法」に準ずる方法で測定される。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A1)の水酸基価として採用してもよい。
バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量は、200以上であり、350以上が好ましく、500以上がより好ましい。バインダー樹脂(A)の重量平均分子量が上記下限値以上であれば、チキソ性の過度な上昇を抑制でき、平滑な塗膜が得られやすくなる。また、過度な架橋を抑制できるので、基材に対する塗膜の密着性が向上する。
バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量は、7,000以下であり、6,500以下が好ましく、6,000以下がより好ましい。バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量が上記上限値以下であれば、塗膜の伸縮性がより向上し、伸縮後の抵抗値の変化がより小さくなる。また、基材に対する塗膜の密着性が向上する。
前記バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。例えば、バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量は、200~7,000であり、350~6,500が好ましく、500~6,000がより好ましい。
バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography、GPC)で測定される、標準ポリスチレン換算の値である。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A1)の重量平均分子量として採用してもよい。
バインダー樹脂(A1)のガラス転移温度は、-100~0℃が好ましく、-90~0℃がより好ましく、-85~0℃がさらに好ましい。バインダー樹脂(A1)のガラス転移温度が上記範囲内であれば、塗膜の伸縮性及び耐久性がより向上する。
バインダー樹脂(A1)のガラス転移温度は、JIS K 7121:2012「プラスチックの転移温度測定方法」に準ずる方法で測定される。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A1)のガラス転移温度として採用してもよい。
ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールは、それぞれ市販品を用いてもよく、例えば株式会社クラレ製の商品名「クラレポリオールP-2010」、「クラレポリオールP-510」、「クラレポリオールP-6010」、「クラレポリオールC-590」、「クラレポリオールC-1090」、「クラレポリオールC-2090」、「クラレポリオールC-3090」などが挙げられる。
(バインダー樹脂(A2))
バインダー樹脂(A2)は、前記バインダー樹脂(A1)以外のバインダー樹脂である。
バインダー樹脂(A2)としては、先に例示したバインダー樹脂(A)の中でも、基材に対する塗膜の密着性が向上する観点から、ポリエステル樹脂、重量平均分子量が7,000超のポリオール樹脂が好ましい。
ポリエステル樹脂は、多塩基酸と多価アルコール等との反応生成物である。
多塩基酸及び多価アルコールとしては、バインダー樹脂(A1)の説明において先に例示した多塩基酸及び多価アルコールがそれぞれ挙げられる。
バインダー樹脂(A2)に含まれるポリエステル樹脂は、1種類でもよいし、2種類以上であってもよい。
バインダー樹脂(A2)の水酸基価は、1mgKOH/g以上が好ましく、2mgKOH/g以上がより好ましい。
バインダー樹脂(A2)の水酸基価は、10mgKOH/g以下が好ましく、7mgKOH/g以下がより好ましい。
バインダー樹脂(A2)の水酸基価が上記範囲内であれば、塗膜の伸縮性がより向上する。
前記バインダー樹脂(A2)の水酸基価の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。例えば、バインダー樹脂(A2)の水酸基価は、1~10mgKOH/gが好ましく、2~7mgKOH/gがより好ましい。
バインダー樹脂(A2)の水酸基価は、バインダー樹脂(A1)の水酸基価と同様の方法で測定できる。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A2)の水酸基価として採用してもよい。
バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量は、10,000以上が好ましく、12,000以上がより好ましく、15,000以上がさらに好ましく、20,000以上が特に好ましい。
バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量は、50,000以下が好ましく、45,000以下がより好ましく、40,000以下がさらに好ましく、35,000以下が特に好ましい。
バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量が上記範囲内であれば、塗膜の耐久性が向上する。
前記バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。例えば、バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量は、10,000~50,000が好ましく、12,000~45,000がより好ましく、15,000~40,000がさらに好ましく、20,000~35,000が特に好ましい。
バインダー樹脂(A2)の重量平均分子量は、バインダー樹脂(A1)の重量平均分子量と同様の方法で測定できる。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A2)の重量平均分子量として採用してもよい。
バインダー樹脂(A2)のガラス転移温度は、30℃以下が好ましく、0~25℃がより好ましい。バインダー樹脂(A2)のガラス転移温度が上記範囲内であれば、塗膜の伸縮性及び耐久性がより向上する。
バインダー樹脂(A2)のガラス転移温度は、バインダー樹脂(A1)のガラス転移温度と同様の方法で測定できる。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をバインダー樹脂(A2)のガラス転移温度として採用してもよい。
ポリエステル樹脂としては、市販品を用いてもよく、例えばユニチカ株式会社製の商品名「エリーテルUE-3220」、「エリーテルUE-3223」、「エリーテルUE-3400」、「エリーテルUE-3500」、「エリーテルUE-3510」、「エリーテルUE-9100」などが挙げられる。
<架橋剤(B)>
架橋剤(B)としては、バインダー樹脂(A)に含まれる反応性基と反応するものであればよい。
架橋剤(B)としては、例えばアミン系架橋剤、エポキシ系架橋剤、イソシアネート系架橋剤、メラミン系架橋剤、アジリジン系架橋剤、ヒドラジン系架橋剤、アルデヒド系架橋剤、オキサゾリン系架橋剤、金属アルコキシド系架橋剤、金属キレート系架橋剤、金属塩系架橋剤、アンモニウム塩系架橋剤などが挙げられる。これらの中でも、繰り返し伸縮しても抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる観点から、イソシアネート系架橋剤が好ましい。
架橋剤(B)は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
イソシアネート系架橋剤としては、例えばメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートなどが挙げられる。
イソシアネート系架橋剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<導電性フィラー(C)>
導電性フィラー(C)は、塗膜に導電性を付与するものである。
導電性フィラー(C)としては、導電性塗料に用いられるものであり、かつ、後述のカーボンブラック(D)以外のものであれば特に制限されないが、例えば金、銀、銅、白金、ニッケル等の金属;グラファイト等が挙げられる。
また、導電性フィラー(C)は、2種類以上の元素から構成されたものでもよく、例えば合金、金属又は樹脂を、上記で挙げた金属でコーティングしたものでもよい。
これらの中でも、銀以外の金属又は樹脂を銀でコーティングしたものが好ましい。
導電性フィラー(C)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、本明細書において、銀である導電性フィラー(C)を特に「銀粉」又は「銀粉導電性フィラー」ともいう。
導電性フィラー(C)の形状としては、所望の導電性が得られれば特に制限されない。
導電性フィラー(C)が銀の場合の形状としては、例えば球状、鱗片状、扁平状、板状、薄片状等のフレーク状、針状、棒状、繊維状、塊状、立方体状、数珠状、不定形状、こんぺい糖のように表面に突起のある形状などが挙げられる。なお、フレーク状の平均厚さは、通常、その平均粒径の1/10~1/2である。また、「不定形」とは、上記で挙げたような種々の形状が混在し、形状が限定できないことを意味する。この中でも、フレーク状、球状、塊状、針状、不定形状のものが、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる観点から好ましい。
導電性塗料に含まれる導電性フィラー(C)の形状は1種でもよいが、伸縮後の抵抗値の変化がより小さい塗膜を形成できる観点から、導電性塗料は2種以上の異なる形状の導電性フィラー(C)を含むことが好ましい。
導電性フィラー(C)の平均粒径は7μm以下が好ましく、1~7μmがより好ましく、2~5μmがさらに好ましい。導電性フィラー(C)の平均粒径が上記上限値以下であれば、例えば導電性塗料を基板上に印刷して塗膜を形成する際の印刷性に優れる。また、導電性塗料から形成される塗膜の導電性の向上、伸縮時の導電性変化の抑制にも優れる。
導電性フィラー(C)の平均粒径は、以下のようにして測定される値である。すなわち、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定された体積分布から算出された算術平均径を導電性フィラー(C)の平均粒径とする。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値を導電性フィラー(C)の平均粒径として採用してもよい。
<カーボンブラック(D)>
カーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量(以下、「DBP吸油量」ともいう。)は、100~600ml/100gであり、120~500ml/100gが好ましい。カーボンブラック(D)のDBP吸油量が上記下限値以上であれば、塗膜の伸縮性が向上する。カーボンブラック(D)のDBP吸油量が上記上限値以下であれば、成膜性を良好に維持できる。
カーボンブラック(D)のDBP吸油量は、一定量のカーボンブラック(D)中の空隙を満たすのに必要なジブチルフタレート(DBP)の量であり、カーボンブラック(D)のストラクチャーの発達度合いを表す指標である。
カーボンブラック(D)のDBP吸油量は、JIS K 6217-4:2017「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部:オイル吸収量の求め方」に準ずる方法で測定される。なお、カタログ値のあるものは、簡易な測定値としてカタログ値をカーボンブラック(D)のDBP吸油量として採用してもよい。
カーボンブラック(D)としては、例えばケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャネルブラックなどが挙げられる。
カーボンブラック(D)は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<その他の成分>
その他の成分としては、従来公知の導電性塗料に使用可能な成分、例えば溶剤、分散剤、表面調整剤、チクソトロピック剤、密着付与剤、樹脂改質剤、触媒、カップリング剤、非導電性フィラーなどを用いることができる。
導電性塗料が溶剤を含んでいれば、粘度を容易に調整できる。
溶剤としては、バインダー樹脂(A)を溶解できるものが好ましく、例えばイソホロン、テルピネオール、ブチルジグリコールアセテート、酢酸ブチル等の有機溶剤などが挙げられる。
溶剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<含有量・質量比>
バインダー樹脂(A)の総質量に対する、重量平均分子量が200~7,000である樹脂の含有量は、1~100質量%が好ましく、1~50質量%がより好ましく、1~30質量%がさらに好ましく、3~20質量%が特に好ましく、5~15質量%が最も好ましい。重量平均分子量が200~7,000である樹脂の含有量が上位範囲内であれば、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる導電性塗料となりやすい。
バインダー樹脂(A)がバインダー樹脂(A1)及びバインダー樹脂(A2)を含む場合、バインダー樹脂(A1)の含有量はバインダー樹脂(A2)100質量部に対して、1質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましく、10質量部以上がさらに好ましい。
また、バインダー樹脂(A1)の含有量はバインダー樹脂(A2)100質量部に対して、30質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましい。
バインダー樹脂(A1)の含有量が上記範囲内であれば、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる導電性塗料となりやすい。
前記バインダー樹脂(A1)の含有量の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。例えば、バインダー樹脂(A1)の含有量はバインダー樹脂(A2)100質量部に対して、1~30質量部が好ましく、5~20質量部がより好ましく、10~15質量部がさらに好ましい。
導電性フィラー(C)の含有量に対する、バインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)の含有量の合計の質量比を表す(A+B)/Cは、5/95~35/65であり、10/90~25/75が好ましい。質量比((A+B)/C)が5/95以上であれば、伸縮後の塗膜の抵抗値の変化が小さい。質量比((A+B)/C)が35/65以下であれば、塗膜の初期抵抗値を低く抑えることができる。
バインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計は、導電性塗料の総質量に対して、70~99.5質量%が好ましく、80~98質量%がより好ましく、85~95質量%がさらに好ましい。
カーボンブラック(D)の含有量は、バインダー樹脂(A)、前記架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対して、0.5~3.5質量部であり、1.0~3.0質量部が好ましく、1.0~2.5質量部がより好ましい。カーボンブラック(D)の含有量が上記範囲内であれば、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい。すなわち、伸縮を繰り返しても塗膜の抵抗値の変化率が小さい。特に、カーボンブラック(D)の含有量が上記下限値以上であれば、塗膜の伸縮性が向上する。カーボンブラック(D)の含有量が上記上限値以下であれば、成膜性を良好に維持できる。
<式(1)>
導電性塗料は、下記式(1)を満たす。
DBP吸油量×Wd/Wab≦130 ・・・(1)
(式(1)中、「DBP吸油量」はカーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量であり、「Wd」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対するカーボンブラック(D)の含有量であり、「Wab」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量%中のバインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)の含有量の合計である。)
DBP吸油量×Wd/Wabは130以下であり、1~130が好ましく、10~130がより好ましい。DBP吸油量×Wd/Wabが上記上限値以下であれば、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい。すなわち、伸縮を繰り返しても塗膜の抵抗値の変化率が小さい。係る理由は定かではないが、以下のように考えられる。
DBP吸油量×Wd/Wabが130以下であることは、バインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)に対するカーボンブラック(D)の量が適切であることを意味する。バインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)に対して適度な量のカーボンブラック(D)が塗膜に含まれることで、塗膜に適度なゴム弾性が付与され、塗膜に亀裂が入りにくくなることで、伸縮後の抵抗値の変化が小さくなると考えられる。加えて、塗膜が伸びることで引き離された導電性フィラー(C)同士の接触は、塗膜が元に縮んだ場合必ずしも伸縮前と同様に戻るとは限らないが、カーボンブラック(D)が導電性フィラー(C)間の接触の助けになることにより、ある程度導電性が確保されると考えられる。
なお、ジブチルフタレートは分子内にエステル基を2つ有する化合物である。バインダー樹脂(A)が分子内にエステル基を有している場合、カーボンブラック(D)のDBP吸油量は、バインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)に対するカーボンブラック(D)の適切な量の指標として特に好適である。
<製造方法>
導電性塗料は、上述したバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)、導電性フィラー(C)及びカーボンブラック(D)と、必要に応じてその他の成分とを混合することで得られる。
混合には、例えばロールミル、プラネタリーミキサー等の混合機を用いればよい。
<作用効果>
以上説明した本発明の導電性塗料は、上記式(1)を満たし、バインダー樹脂(A)及架橋剤(B)と、導電性フィラー(C)とを特定の比率で含み、かつ、特定量のカーボンブラック(D)を含むので、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できる。すなわち、本発明の導電性塗料より形成される塗膜は、伸縮を繰り返しても抵抗値の変化率が小さく、耐久性に優れる。
<用途>
本発明の導電性塗料の用途としては、電子部品の回路用などが挙げられる。具体的には、タッチパネル回路用途、フレキシブル基板用途、ウェアラブルデバイス用途などが挙げられる。特に本発明の導電性塗料は、柔軟性や伸縮性が求められる用途に好適である。
塗膜は、例えば基板上に本発明の導電性塗料を塗布し、乾燥することで得られる。
なお、例えば導電性塗料がバインダー樹脂(A)として少なくともバインダー樹脂(A1)を含み、架橋剤(B)としてイソシアネート系架橋剤を含む場合は、基板上に導電性塗料を塗布し、乾燥して塗膜を形成する際に、加熱によりバインダー樹脂(A1)であるポリオール樹脂とイソシアネート系架橋剤とが反応してポリウレタン樹脂が生成し、ポリウレタン樹脂、導電性フィラー(C)及びカーボンブラック(D)と、必要に応じてその他の成分とを含む塗膜が得られる。このようにして得られる塗膜には、バインダー樹脂(A2)が含まれていてもよい。
基板としては、柔軟性や伸縮性を有するものが好ましい。特に、導電性塗料がバインダー樹脂(A)としてポリウレタン樹脂を含む場合、又は、導電性塗料がバインダー樹脂(A)としてバインダー樹脂(A1)を含み、架橋剤(B)としてイソシアネート系架橋剤を含む場合は、塗膜との密着性に優れる観点で、基板の材質としてはウレタン樹脂が好ましい。
[プリント配線板]
本発明のプリント配線板は、絶縁基板上に、上述した本発明の導電性塗料を用いて得られる塗膜(「導電性塗膜」ともいう。)により回路を形成してなるものである。すなわち、プリント基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に形成された回路とを有し、前記回路は本発明の導電性塗料を用いて形成される。
絶縁基板としては、配線板として使用される従来公知のものを使用することができ、例えばガラス基板、セラミック基板、シリコン基板等の無機材料からなる基板;有機材料からなる基板などが挙げられる。
有機材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル;ポリジメチルシロキサン、ポリジフェニルポリシロキサン、ポリフルオロシロキサン等のシリコーン;熱可塑性ポリウレタンエラストマー等のウレタン;ポリイミド;ポリフェニレンスルフィド;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリアミド;ポリスチレン;アクリル;ポリビニルアルコール;エチレンプロピレンジエン;エポキシなどが挙げられる。これらの中でも、ウレタン等の未反応のモノマーを含む絶縁基板を用いると、導電性塗料より形成される塗膜の密着性が良好となる。
絶縁基板の厚さは、プリント配線板の用途等に応じて適宜設定すればよいが、例えば20~600μmが好ましい。絶縁基板の厚さが上記範囲内であれば、伸縮性及び耐久性が良好なプリント配線板となりやすい。
絶縁基板上への回路の形成方法は特に限定されないが、例えば所望の回路パターンとなるように絶縁基板上へ本発明の導電性塗料を塗布し、乾燥させて塗膜からなる回路を形成する方法が挙げられる。
すなわち、プリント配線板の製造方法の一実施形態としては、絶縁基板上へ本発明の導電性塗料を塗布して回路バターンを形成するパターン形成工程と、回路バターンを乾燥する乾燥工程とを有する。
導電性塗料の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、ロールコート、バーコートなどが挙げられる。
乾燥温度は、例えば70~160℃が好ましい。
乾燥時間は、例えば2~60分が好ましい。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例11は参考例である。
各例で用いた材料は以下の通りである。
[材料]
・樹脂A1-1:ポリエステルポリオール(株式会社クラレ製、商品名「クラレポリオールP-2010」、水酸基価56mgKOH/g、重量平均分子量2,000、ガラス転移温度-66.6℃)。
・樹脂A1-2:ポリエステルポリオール(株式会社クラレ製、商品名「クラレポリオールP-510」、水酸基価224mgKOH/g、重量平均分子量500、ガラス転移温度-76.7℃)。
・樹脂A1-3:ポリエステルポリオール(株式会社クラレ製、商品名「クラレポリオールP-6010」、水酸基価18.8mgKOH/g、重量平均分子量6,000、ガラス転移温度-64.3℃)。
・樹脂A1-4:多価アルコール(株式会社クラレ製、商品名「MPD(3-メチル-1,5-ペンタンジオール)」、水酸基価950.8mgKOH/g、重量平均分子量118)。
・樹脂A1-5:ポリカプロラクトンポリオール(パーストープ社製、商品名「Capa 2803」、水酸基価14mgKOH/g、重量平均分子量8,000)。
・樹脂A2-1:ポリエステル樹脂(ユニチカ株式会社製、商品名「エリーテルUE-3223」、水酸基価6mgKOH/g、重量平均分子量22,000、ガラス転移温度4℃)。
・樹脂A2-2:ポリエステル樹脂(ユニチカ株式会社製、商品名「エリーテルUE-9100」、水酸基価2mgKOH/g、重量平均分子量30,000、ガラス転移温度18℃)。
・イソシアネート化合物(B1):ヘキサメチレンジイソシアネート(旭化成株式会社、商品名「デュラネートE402-B80B」、純分80質量%)。
・導電性フィラー(C1):Ames Advanced Materials Corporation社製、商品名「Silver Powder SPS」、平均粒径3μm、不定形銀粉。
・導電性フィラー(C2):Ames Advanced Materials Corporation社製、商品名「SF-70M」、平均粒径2μm、フレーク状銀粉。
・カーボンブラック(D1):Orion Engineered Carbons S.A.社製、商品名「プリンテックスXE-2B」、DBP吸油量420ml/100g。
・カーボンブラック(D2):Orion Engineered Carbons S.A.社製、商品名「プリンテックスL6」、DBP吸油量123ml/100g。
・溶剤:イソホロン。
[実施例1~15、比較例1~6]
<導電性塗料の調製>
表1~4に示す配合に従って、バインダー樹脂(A)と、架橋剤(B)と、導電性フィラー(C)と、カーボンブラック(D)と、溶剤とを混合し、導電性塗料を得た。
なお、表1~4中の空欄は、その成分が配合されていないことを示す。表1~4中の「DBP吸油量」は、カーボンブラック(D)のDBP吸油量である。「Wd」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対するカーボンブラック(D)の含有量である。「Wab」は、バインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量%中のバインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)の含有量の合計である。
また、表1~4では、合計量については小数第2位を四捨五入している。
<試験片の作製>
幅15mm、長さ70mm、厚さ100μmのウレタンシートからなる基板上に、スクリーン印刷により幅1mm、長さ50mm、厚さ20μmのパターンとなるように導電性塗料を塗布した。その後、150℃で30分乾燥して硬化させ、基板上に導電性塗料より形成される塗膜からなる回路パターンが形成された試験片を作製した。
得られた試験片について、以下のようにして抵抗値の変化率を評価した。
<抵抗値の変化率の評価>
回路パターンの長手方向の両端間の電気抵抗値をデジタルマルチメーター(株式会社エーディーシー製)により測定し、これを「初期抵抗値」とした。
次いで、初期長50mmの回路パターンを60mmまで伸長した後、初期長の50mmまで戻した。このような伸縮を伸縮速度500mm/分で100回繰り返し、抵抗値変化試験を行った。その後、回路パターンの長手方向の両端間の電気抵抗値を測定し、これを「100回伸縮後の抵抗値」とした。
下記式(2)より、抵抗値の変化率を求め、下記基準により評価した。結果を表1~4に示す。◎、〇及び△を合格とする。なお、表1~4では、抵抗値の変化率については小数第1位を四捨五入している。
抵抗値の変化率[%]=(100回伸縮後の抵抗値-初期抵抗値)/初期抵抗値×100 ・・・(2)
(評価基準)
◎:抵抗値の変化率が860%以下である(特に良好)。
〇:抵抗値の変化率が860%超、900%以下である(良好)。
△:抵抗値の変化率が900%超、1000%以下ある(実用可能)。
×:抵抗値の変化率が1000%超である(不良)。
<初期の密着性の評価>
銅張りの基板に、ニチバン株式会社製のセロテープ(登録商標)を約2cm間隔で平行になるように貼り、この間に各例の導電性塗料を載せ、ガラス棒でしごき塗りして、150℃で30分間硬化させて、試験片を作製した。
得られた試験片について、縦横に銅張り基板の銅張り部に達する切り線を、カッターナイフで1mm±0.1mm間隔で、平行に11本引き、1mm角の碁盤目を100個作製した。碁盤目上にニチバン株式会社製のセロテープ(登録商標)を気泡が含まれないように爪で押しつけるようにして貼り、セロテープ(登録商標)の一方の端部を持ち、基材と直角方向に一気に引っ張り、試験片からセロテープ(登録商標)を剥がした。剥がした後の試験片に残存した塗膜の碁盤目の数を数え、下記基準により評価した。
(評価基準)
〇:試験片に残存した碁盤目の数が90個以上である。
△:試験片に残存した碁盤目の数が80~89個である。
×:試験片に残存した碁盤目の数が79個以下である。
Figure 0007648921000001
Figure 0007648921000002
Figure 0007648921000003
Figure 0007648921000004
各実施例で得られた導電性塗料は、初期抵抗値が低い場合であっても、伸縮後の抵抗値の変化が小さい塗膜を形成できた。また、基板に対する塗膜の初期の密着性にも優れていた。
対して、バインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対するカーボンブラック(D)の含有量が0.2質量部又は4.0質量部である比較例1、2の導電性塗料より形成された塗膜は、伸縮を繰り返すことで抵抗値が大きく変化した。
DBP吸油量×Wd/Wabが130を超える比較例3の導電性塗料より形成された塗膜は、伸縮を繰り返すことで抵抗値が大きく変化した。
カーボンブラック(D)を含まない比較例4の導電性塗料より形成された塗膜は、伸縮を繰り返すことで抵抗値が大きく変化した。
バインダー樹脂(A)が、重量平均分子量が200~7,000である樹脂を含まない比較例5、6の導電性塗料より形成された塗膜は、伸縮を繰り返すことで抵抗値が大きく変化した。

Claims (2)

  1. バインダー樹脂(A)と、架橋剤(B)と、カーボンブラック(D)と、前記カーボンブラック(D)以外の導電性フィラー(C)とを含み、
    前記カーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量が100~600ml/100gであり、
    前記バインダー樹脂(A)は、バインダー樹脂(A1)及びバインダー樹脂(A2)のみからなり、
    前記バインダー樹脂(A1)は、重量平均分子量が200~7,000であり、水酸基価が5~750mgKOH/gであり、ガラス転移温度が-100~0℃であるポリオール樹脂であり、
    前記バインダー樹脂(A2)は、ポリエステル樹脂、及び重量平均分子量が7,000超であるポリオール樹脂から選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラー(C)の含有量に対する、前記バインダー樹脂(A)及び前記架橋剤(B)の含有量の合計の質量比を表す(A+B)/Cが5/95~35/65であり、
    前記バインダー樹脂(A)、前記架橋剤(B)及び前記導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対して、前記カーボンブラック(D)の含有量が0.5~3.5質量部であり、
    下記式(1)を満たす、導電性塗料。
    DBP吸油量×Wd/Wab≦130 ・・・(1)
    (式(1)中、「DBP吸油量」はカーボンブラック(D)のジブチルフタレート吸油量であり、「Wd」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量部に対するカーボンブラック(D)の含有量であり、「Wab」はバインダー樹脂(A)、架橋剤(B)及び導電性フィラー(C)の含有量の合計100質量%中のバインダー樹脂(A)及び架橋剤(B)の含有量の合計である。)
  2. 絶縁基板上に、請求項1に記載の導電性塗料を用いて得られる塗膜により回路を形成してなるプリント配線板。
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