WO2019188293A1 - 導電膜形成剤 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a conductive film forming agent and a conductive film formed using the same.
- Patent Document 1 as a conductive film forming agent suitable for the ink jet method, alkanes having 8 or less carbon atoms, isoparaffins and / or liquid paraffin, and metal nanoparticles having a particle diameter of 100 nm or less made of metal and organic matter, Metal nanoparticle dispersions containing are disclosed.
- Patent Document 1 good coating properties are obtained by containing a specific alkane.
- the metal nanoparticles used have a small particle diameter of 100 nm or less, the surface energy becomes very large and aggregation tends to occur. There is a concern that the storage stability of the metal nanoparticle dispersion is lowered.
- Patent Document 2 discloses an inorganic particle film forming agent that is suitable for the spray method and has good storage stability. Patent Document 2 discloses that an inorganic particle film forming agent excellent in sprayability and storage stability can be obtained by containing an aqueous dispersion of cellulose fibers and water as a dispersion medium.
- silver powder As a metal powder (that is, conductive powder), but silver powder is generally surface-treated with a fatty acid as a hydrophobic treatment at the time of production. Since the affinity with water is low, it is difficult to apply to a technique using water as a dispersion medium as described in Patent Document 2.
- Embodiment of this invention aims at providing the electrically conductive film formation agent which can form the electrically conductive film which is excellent in coating-film formation property, such as sprayability, and storage stability, and favorable electroconductivity.
- the conductive film forming agent according to the embodiment of the present invention contains the following components (A) to (C).
- the conductive film forming agent according to the embodiment of the present invention When the conductive film forming agent according to the embodiment of the present invention is used, it is possible to form a conductive film having excellent conductivity while being excellent in coating film forming properties such as sprayability and storage stability.
- the conductive film forming agent according to the present embodiment contains (A) silver powder and / or silver-coated powder, (B) cellulose nanofiber, and (C) an organic solvent, and the organic solvent is used as a dispersion medium.
- silver powder and / or silver-coated powder can be used as the metal powder, and therefore, good conductivity can be imparted.
- thixotropy thixotropy
- the component (A) one or both of silver powder (that is, silver powder) and silver coat powder is used.
- the specific structure of silver powder and / or silver coat powder is not specifically limited,
- the various silver powder and silver coat powder which are generally used for the electrically conductive film formation agent can be used.
- the shape is not particularly limited, and examples thereof include various shapes such as a spherical shape and a flake shape, but a flake shape is preferable because the specific resistance is lowered.
- Silver coated powder is powder coated with silver on the surface, for example, silver coated metal powder such as silver coated copper powder, silver coated nickel powder, silver coated aluminum powder, silver coated glass powder, silver coated resin powder, etc. Is mentioned.
- a hydrophobic treatment for example, a surface treated with a fatty acid may be used.
- the particle diameter of the silver powder and / or silver coat powder of the component (A) is not particularly limited, but from the viewpoint of imparting excellent conductivity, the 50% average particle diameter (D50) is 100 nm or more, that is, 0.1 ⁇ m or more. Some are preferred. D50 may be 0.1 to 20 ⁇ m, 1 to 10 ⁇ m, or 2 to 5 ⁇ m.
- D50 can be measured by a laser diffraction method. For example, 0.3 g of metal powder is weighed into a 50 ml beaker, 30 ml of isopropyl alcohol is added, and then dispersed by treatment with an ultrasonic cleaner (USM-1 manufactured by ASONE Corporation) for 5 minutes. D50 can be measured using (Nikkiso 9320-HRA X-100).
- the content of the silver powder and / or silver coat powder of the component (A) is not particularly limited, but the component (A) with respect to the total content of the components (A) and (B) in the conductive film forming agent is 100% by mass.
- the content of is preferably in the range of 80 to 98% by mass, more preferably 85 to 98% by mass, and still more preferably 90 to 98% by mass. Specific resistance can be made smaller by being 85 mass% or more, and sprayability can be improved by being 98 mass% or less.
- the cellulose nanofiber (B) is a cellulose fiber having a nanometer-level fiber diameter.
- the number average fiber diameter of the cellulose nanofiber is not particularly limited, and may be, for example, 3 to 800 nm, 3 to 400 nm, 3 to 100 nm, or 3 to 30 nm.
- the number average fiber diameter of cellulose nanofibers can be measured as follows. That is, a cellulose nanofiber dispersion (for example, a methanol dispersion in Production Example 1 described later and an N-methylpyrrolidone dispersion in Production Example 2) having a solid content of 0.05 to 0.1% by mass was prepared. The dispersion is cast on a carbon film-coated grid that has been subjected to hydrophilization treatment to obtain a sample for observation with a transmission electron microscope (TEM). The observation sample may be negatively stained with, for example, a 2% by mass uranyl acetate aqueous solution.
- TEM transmission electron microscope
- observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the size of the constituent fibers.
- an axis having an arbitrary vertical and horizontal image width is assumed in the obtained image, and the sample and observation conditions (magnification, etc.) are adjusted so that 20 or more fibers intersect the axis.
- two random axes, vertical and horizontal, per image are drawn on this image, and the fiber diameter of the fiber that intersects the axis is visually read.
- the cellulose nanofiber one having a cellulose I-type crystal structure is used.
- anion-modified cellulose nanofiber in which an anionic group is introduced into a glucose unit in a cellulose molecule is preferably used.
- the anionic group include at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, and a sulfuric acid group.
- the carboxyl group is a concept including not only an acid form (—COOH) but also a salt form, that is, a carboxylate group (—COOX, where X is a cation forming a salt with a carboxylic acid).
- the phosphoric acid group, the sulfonic acid group and the sulfuric acid group are concepts including not only the acid type but also the salt type.
- the anionic group is preferably a carboxyl group.
- cellulose nanofibers containing carboxyl groups include oxidized cellulose nanofibers formed by oxidizing the hydroxyl groups of glucose units in cellulose molecules, and carboxymethylated celluloses formed by carboxymethylating the hydroxyl groups of glucose units in cellulose molecules. Nanofiber is mentioned.
- oxidized cellulose nanofiber examples include those in which the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit in the cellulose molecule is selectively oxidized and modified to a carboxyl group.
- Oxidized cellulose nanofibers can be obtained by oxidizing natural cellulose such as wood pulp using a co-oxidant in the presence of an N-oxyl compound, and then performing a defibration (miniaturization) treatment.
- N-oxyl compound a compound having a nitroxy radical generally used as an oxidation catalyst is used, for example, a piperidine nitroxyoxy radical, particularly a 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical (TEMPO).
- TEMPO 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical
- Cellulose nanofibers oxidized with TEMPO are generally called TEMPO-oxidized cellulose nanofibers, and can be used in this embodiment.
- the oxidized cellulose nanofiber may have an aldehyde group or a ketone group together with the carboxyl group.
- the amount of the anionic group in the cellulose nanofiber is not particularly limited. It may be 05 to 3.0 mmol / g or 0.5 to 2.5 mmol / g.
- the amount of anionic group for example, in the case of a carboxyl group, 60 mL of a 0.5 to 1% by mass slurry is prepared from a cellulose sample whose dry mass is precisely weighed, and the pH is adjusted to about 2.5 with a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution. Thereafter, 0.05M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to measure the electrical conductivity, and continued until the pH reached about 11, and the hydroxylation consumed in the neutralization step of the weak acid where the change in electrical conductivity was gradual.
- Cellulose nanofibers may be obtained by performing a defibrating process.
- the defibrating treatment may be performed after the anionic group is introduced, or may be performed before the introduction.
- the defibrating treatment can be performed using, for example, a homomixer under high-speed rotation, a high-pressure homogenizer, an ultrasonic dispersion processor, a beater, a disk type refiner, a conical type refiner, a double disk type refiner, or a grinder.
- a cellulose nanofiber dispersion dispersed in a dispersion medium other than water examples include various organic solvents such as alcohol solvents such as methanol, ethanol and 2-propanol, and amides such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide.
- a system solvent is preferable from the viewpoint of dispersibility of cellulose nanofibers. Since these dispersion media are added to the conductive film forming agent together with the cellulose nanofibers by adding the cellulose nanofiber dispersion to the conductive film forming agent, Become.
- cellulose nanofiber dispersion using an organic solvent as a dispersion medium
- acid-type anion groups such as carboxyl groups are neutralized with polyetheramine in anion-modified cellulose nanofibers such as oxidized cellulose nanofibers. It is preferable that the dispersibility in the organic solvent can be improved.
- the content of the cellulose nanofiber as the component (B) is not particularly limited, but the content of the component (B) with respect to the total content of the components (A) and (B) in the conductive film forming agent is 100% by mass.
- the content is preferably in the range of 2 to 20% by mass, more preferably 2 to 15% by mass, and may be 2 to 10% by mass.
- Component (C) The organic solvent as the component (C) functions as a dispersion medium for the components (A) and (B) in the conductive film forming agent.
- the organic solvent is not particularly limited, but for example, methanol, ethanol, 2-propanol, isobutyl alcohol, 1-butanol, terpineol, diacetone alcohol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, carbitol, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl Alcohol solvents such as ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol, glycerin, etc .; Hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, petroleum hydrocarbons; ethyl acetate, butyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate , Ester solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate and carbitol acetate Ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; Ether solvents such as ethylene glycol dimethyl
- the content of the organic solvent of component (C) is not particularly limited.
- the total content of components (A) and (B) in the conductive film forming agent is 100 parts by mass, It may be 500 parts by mass or 50 to 400 parts by mass.
- the conductive film forming agent according to this embodiment preferably does not substantially contain water as a dispersion medium. That is, in the conductive film forming agent according to the present embodiment, the dispersion medium is substantially composed of only an organic solvent, and thus the silver powder and / or silver-coated powder of the component (A) may be subjected to a hydrophobic treatment. , Its dispersibility can be improved.
- the conductive film forming agent substantially does not contain water, even if the conductive film forming agent does not contain water or contains water, in the total amount of the dispersion medium of 100% by mass, It means that the amount of water is less than 10% by mass, more preferably less than 5% by mass, still more preferably less than 1% by mass.
- the conductive film forming agent according to the present embodiment includes, in addition to the components (A) to (C) described above, for example, a binder resin, a curing agent, a colorant, a metal dispersant, You may mix
- the method for producing the conductive film forming agent according to the present embodiment is not particularly limited, and a known method can be suitably used in the field of the conductive film forming agent.
- a known method can be suitably used in the field of the conductive film forming agent.
- prescribed mixture ratio, and mixes using a well-known mixer is mentioned.
- the cellulose nanofiber of (B) component is added as a cellulose nanofiber dispersion which uses an organic solvent as a dispersion medium as mentioned above.
- the viscosity of the conductive film forming agent according to the present embodiment is not particularly limited, and for example, the viscosity at 25 ° C. may be 50 Pa ⁇ s or less, or 20 Pa ⁇ s or less. From the viewpoint of sprayability, the smaller the viscosity, the better.
- the viscosity of the conductive film forming agent can be obtained by measuring the viscosity ( ⁇ 1 rpm) at 1 rpm rotation (shear rate 2 s-1) at 25 ° C. using an E-type viscometer.
- the conductive film forming agent according to the present embodiment is used for forming a conductive film. Specifically, it can be used for formation of a conductive film in an electromagnetic wave shield and formation of a conductive film (for example, wiring) in various electronic components.
- a conductive film can be formed on a base material by applying a conductive film forming agent on the base material and curing it.
- the coating method examples include a spray method and an ink jet method, and the spray method is preferable. That is, the conductive film forming agent according to a preferred embodiment is a conductive film forming agent for spraying used to form a conductive film by spraying.
- the base material examples include a glass substrate, a ceramic substrate (such as an alumina substrate), and a flexible substrate (such as a PET film).
- the coating film formed on the substrate can be cured by, for example, drying at 60 to 150 ° C. for 1 to 60 minutes and then low-temperature baking at 100 to 250 ° C. for 1 to 60 minutes to form a conductive film. be able to.
- the specific resistance (volume resistivity) of the conductive film formed by the conductive film forming agent according to this embodiment is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less, and preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6. It may be ⁇ 1 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ ⁇ cm.
- the dispersibility of the silver powder and / or the silver coated powder is good due to the use of the organic solvent as the dispersion medium.
- the conductive film forming agent has high thixotropy, so that it is possible to achieve both coating film formability such as sprayability and storage stability, and has good conductivity. A conductive film can be formed.
- the evaluation method of the conductive film forming agent is as follows.
- TI value Only conductive film forming agents having a dispersibility of “ ⁇ ” were evaluated.
- the viscosity of the conductive film forming agent was measured at 25 ° C. using an E type viscometer (TV-22 type viscometer cone plate type manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). Viscosity ( ⁇ 1 rpm) at 1 rpm rotation (shear rate 2 s-1) and viscosity ( ⁇ 10 rpm) at 10 rpm rotation (shear rate 20 s-1) are measured, and the former is divided by the latter to give a TI value ( ⁇ 1 rpm / ⁇ 10 rpm) Was calculated.
- the film thickness of the formed conductive film was measured with a surface roughness meter (Surfcom 480A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), and the electrical resistance at room temperature (25 ° C.) was measured with an electrical resistance measuring device (low resistivity meter manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Co., Ltd.) (Loresta GP, four-terminal four-probe method), and the specific resistance (volume resistivity) was calculated and evaluated based on the film thickness, electrical resistance, and aspect ratio of the conductive film.
- reaction time 120 minutes.
- solid-liquid separation was performed with a centrifuge, and pure water was added to adjust the solid content concentration to 4% by mass.
- the pH of the slurry was adjusted to 10 with a 24 mass% NaOH aqueous solution.
- the slurry was reduced to 30 ° C. by adding 0.2 mmol / g of sodium borohydride to the cellulose fiber and reacting for 2 hours.
- the obtained CNF dispersion 1 is a 2.5 mass% dispersion of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers using methanol as a dispersion medium, and the carboxyl group content of the cellulose nanofibers is 2.1 mmol / g, the number average fiber.
- the diameter was 4 nm and had an I-type crystal structure.
- 0.1N hydrochloric acid was added for neutralization, followed by purification by repeated filtration and washing with water, and pure water was added to adjust the solid content concentration to 4% by mass. Thereafter, the pH of the slurry was adjusted to 10 with a 24 mass% NaOH aqueous solution. The slurry was reduced to 30 ° C. by adding 0.2 mmol / g of sodium borohydride to the cellulose fiber and reacting for 2 hours. After the reaction, 0.1N hydrochloric acid was added for neutralization, followed by purification by repeated filtration and washing to obtain modified cellulose fibers.
- NMP N-methylpyrrolidone
- the obtained CNF dispersion 2 is a 9.0 mass% dispersion of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers using NMP as a dispersion medium, and the carboxyl group content of the cellulose nanofibers is 1.8 mmol / g, the number average fiber.
- the diameter was 4 nm and had an I-type crystal structure.
- 0.1N hydrochloric acid was added for neutralization, followed by purification by repeated filtration and washing to obtain cellulose fibers having oxidized fiber surfaces.
- pure water is added to this cellulose fiber to dilute it to 2% by mass, and it is treated once at a pressure of 100 MPa using a high-pressure homogenizer (manufactured by Sanwa Engineering Co., Ltd., H11), whereby a gel composition (CNF dispersion) is obtained. 3) was produced.
- the obtained CNF dispersion 3 is a 2.0 mass% dispersion of TEMPO oxidized cellulose nanofibers using water as a dispersion medium, and the carboxyl group content of the cellulose nanofibers is 2.1 mmol / g, the number average fiber.
- the diameter was 4 nm and had an I-type crystal structure.
- Example 1 Preparation of conductive film forming agent
- Flaky silver powder (trade name: SILCOAT AgC-A, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd., specific surface area 0.6 to 0.9 m 2 / g, 50% average particle size 4.65 ⁇ m) 0.95 parts by mass
- 2.00 parts by mass of CNF dispersion 1 (2.5% by mass dispersion of TEMPO-oxidized cellulose nanofiber using methanol as a dispersion medium) obtained in Production Example 1 was measured in a glass container, and rotation and revolution Mixing was performed at 1500 rpm for 5 minutes using a mixer (manufactured by EME, V-mini300) to obtain a conductive film forming agent according to Example 1.
- the mixing ratio of silver powder and cellulose nanofibers (each content in the solid content) is 95% by mass of silver powder and 5% by mass of cellulose nanofibers.
- Example 2 Comparative Examples 1 to 7
- a conductive film forming agent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and blending amounts of the components were as shown in Table 1 below.
- the mixing ratio of silver powder and cellulose nanofiber or binder resin in the solid content was 95% by mass of silver powder, and 5% by mass of cellulose nanofiber or binder resin. Met.
- binder resins 1 and 2 in the table are as follows.
- Binder resin 1 Epoxy resin, trade name: Adeka Resin EP-4901E, manufactured by ADEKA Corporation
- Binder resin 2 ethyl cellulose, trade name: ethyl cellulose Viscosity: 80-120 cps (5% solution, 25 ° C.), manufactured by Nacalai Tesque
- the conductive film forming agents obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 7 were evaluated for dispersibility, sprayability, storage stability, TI value, and specific resistance. The results are as shown in Table 1. In Comparative Examples 1, 3, and 7, it was impossible to evaluate other than dispersibility because a conductive film forming agent having good dispersibility could not be obtained.
- the conductive film forming agent of Examples 1 and 2 containing cellulose nanofibers using an organic solvent as a dispersion medium has excellent dispersibility of silver powder and high thixotropy (TI). It had good storage stability and could be sprayed.
- the conductive film obtained from the conductive film forming agent had low specific resistance and good conductivity.
- Comparative Examples 1 and 3 in which the cellulose nanofibers in Examples 1 and 2 were replaced with binder resin 1 (epoxy resin) resulted in poor dispersion and silver powder settled. Since the viscosity of the conductive film forming agent of Comparative Examples 1 and 3 was considerably lower than that of Examples 1 and 2, when the amount of the organic solvent was reduced as in Comparative Examples 2 and 4 to increase the viscosity, dispersibility Although the storage stability was improved, the sprayability was not good.
- binder resin 1 epoxy resin
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Abstract
スプレー性等の塗膜形成性と保存安定性に優れるとともに、良好な導電性を有する導電膜を形成することができる導電膜形成剤を提供する。 実施形態に係る導電膜形成剤は、(A)銀粉及び/又は銀コート粉と、(B)セルロースナノファイバーと、(C)有機溶媒と、を含有するものである。また、実施形態に係る導電膜は、該導電膜形成剤を塗布してなるものである。
Description
本発明は、導電膜形成剤、及び、それを用いて形成される導電膜に関する。
電磁波シールドや電子部品などにおいて導電膜を形成するための導電膜形成剤として、スプレー法やインクジェット法などの量産性に優れた塗布方法に利用可能でかつ保存安定性に優れたものが求められている。
従来、例えば特許文献1には、インクジェット法に好適な導電膜形成剤として、炭素数8以下のアルカンと、イソパラフィン及び/又は流動パラフィンと、金属及び有機物からなる粒子径100nm以下の金属ナノ粒子とを含む金属ナノ粒子分散液が開示されている。特許文献1では、特定のアルカンを含有させることで良好な塗布性を得ているが、使用する金属ナノ粒子は粒子径が100nm以下と小さいため、表面エネルギーが非常に大きくなり、凝集が生じやすく、金属ナノ粒子分散液の保存安定性の低下が懸念される。
特許文献2には、スプレー法に好適でかつ良好な保存安定性を有する無機粒子膜形成剤が開示されている。特許文献2では、セルロース繊維の水分散体および分散媒としての水を含有することで、スプレー性と保存安定性に優れた無機粒子膜形成剤が得られることが開示されている。
優れた導電性を有する導電膜の形成には、金属粉末(即ち、導電性粉末)として銀粉を用いることが好ましいが、銀粉は一般に製造時に疎水化処理として脂肪酸で表面処理されていることが多く、水との親和性が低いため、特許文献2に記載のように分散媒として水を用いる技術に適用することは難しい。
本発明の実施形態は、スプレー性等の塗膜形成性と保存安定性に優れるとともに、良好な導電性を有する導電膜を形成することができる導電膜形成剤を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る導電膜形成剤は、下記の(A)~(C)成分を含有するものである。
(A)銀粉及び/又は銀コート粉
(B)セルロースナノファイバー
(C)有機溶媒
本実施形態に係る導電膜は、該導電膜形成剤を塗布してなるものである。
(A)銀粉及び/又は銀コート粉
(B)セルロースナノファイバー
(C)有機溶媒
本実施形態に係る導電膜は、該導電膜形成剤を塗布してなるものである。
本発明の実施形態に係る導電膜形成剤であると、スプレー性等の塗膜形成性と保存安定性に優れるとともに、良好な導電性を有する導電膜を形成することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る導電膜形成剤は、(A)銀粉及び/又は銀コート粉と、(B)セルロースナノファイバーと、(C)有機溶媒と、を含有するものであり、有機溶媒を分散媒として銀粉及び/又は銀コート粉とセルロースナノファイバーが分散した分散液である。本実施形態によれば、分散媒として有機溶媒を用いることにより、金属粉末として銀粉及び/又は銀コート粉を用いることができ、そのため、良好な導電性を付与することができる。また、セルロースナノファイバーを含有することにより、導電膜形成剤にチクソ性(チクソトロピー)を付与することができ、スプレーなどの塗布時に流動性を高めて塗膜形成性を向上しつつ、保存安定性を高めることができる。
[(A)成分]
(A)成分として、銀粉(即ち、銀の粉末)と銀コート粉のいずれか一方又は双方を用いる。銀粉及び/又は銀コート粉の具体的な構成は特に限定されず、一般に導電膜形成剤に使用されている各種銀粉や銀コート粉を用いることができる。その形状としては、特に限定されず、例えば球状、フレーク状など種々の形状が挙げられるが、比抵抗が低くなることからフレーク状のものが好ましい。
(A)成分として、銀粉(即ち、銀の粉末)と銀コート粉のいずれか一方又は双方を用いる。銀粉及び/又は銀コート粉の具体的な構成は特に限定されず、一般に導電膜形成剤に使用されている各種銀粉や銀コート粉を用いることができる。その形状としては、特に限定されず、例えば球状、フレーク状など種々の形状が挙げられるが、比抵抗が低くなることからフレーク状のものが好ましい。
銀コート粉とは、表面が銀で被覆された粉末であり、例えば、銀コート銅粉、銀コートニッケル粉、銀コートアルミ粉などの銀コート金属粉、銀コートガラス粉、銀コート樹脂粉などが挙げられる。
銀粉及び/又は銀コート粉としては、疎水化処理、例えば脂肪酸で表面処理されたものを用いてもよい。
(A)成分の銀粉及び/又は銀コート粉の粒径は、特に限定されないが、優れた導電性を付与する観点から、50%平均粒子径(D50)が100nm以上、即ち0.1μm以上であるものが好ましい。D50は、0.1~20μmでもよく、1~10μmでもよく、2~5μmでもよい。
ここで、D50は、レーザー回折法により測定することができる。例えば、金属粉末0.3gを50mlビーカーに秤量し、イソプロピルアルコール30mlを加えた後、超音波洗浄器(アズワン株式会社製USM-1)により5分間処理して分散させ、マイクロトラック粒度分布測定装置(日機装株式会社製9320-HRA X-100)を用いてD50を測定することができる。
(A)成分の銀粉及び/又は銀コート粉の含有量は、特に限定されないが、導電膜形成剤中の(A)成分と(B)成分の含有量の合計100質量%に対する(A)成分の含有量が80~98質量%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは85~98重量%であり、更に好ましくは90~98質量%である。85質量%以上であることにより比抵抗をより小さくすることができ、また、98質量%以下であることによりスプレー性を向上することができる。
[(B)成分]
(B)成分のセルロースナノファイバーは、ナノメートルレベルの繊維径を持つセルロース繊維である。セルロースナノファイバーの数平均繊維径は、特に限定されず、例えば、3~800nmでもよく、3~400nmでもよく、3~100nmでもよく、3~30nmでもよい。
(B)成分のセルロースナノファイバーは、ナノメートルレベルの繊維径を持つセルロース繊維である。セルロースナノファイバーの数平均繊維径は、特に限定されず、例えば、3~800nmでもよく、3~400nmでもよく、3~100nmでもよく、3~30nmでもよい。
セルロースナノファイバーの数平均繊維径は、次のようにして測定することができる。即ち、固形分率で0.05~0.1質量%のセルロースナノファイバー分散体(例えば、後述する製造例1ではメタノール分散体、製造例2ではN-メチルピロリドン分散体)を調製し、その分散体を、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡(TEM)の観察用試料とする。観察用試料は、例えば2質量%ウラニルアセテート水溶液でネガティブ染色してもよい。そして、構成する繊維の大きさに応じて5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。その際に、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、試料および観察条件(倍率等)を調節する。そして、この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このようにして、最低3枚の重複しない表面部分の画像を、電子顕微鏡で撮影し、各々2つの軸に交錯する繊維の繊維径の値を読み取る(したがって、最低20本×2×3=120本の繊維径の情報が得られる)。このようにして得られた繊維径の相加平均を数平均繊維径とする。
セルロースナノファイバーとしては、セルロースI型結晶構造を有するものが用いられる。セルロースナノファイバーを構成するセルロースがI型結晶構造を有することは、例えば、広角X線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、2θ=14°~17°付近と、2θ=22°~23°付近の2つの位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。
セルロースナノファイバーとしては、セルロース分子中のグルコースユニットにアニオン基が導入されたアニオン変性セルロースナノファイバーが好ましく用いられる。アニオン基としては、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、及び硫酸基からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。本明細書において、カルボキシル基は、酸型(-COOH)だけでなく、塩型、即ちカルボン酸塩基(-COOX、ここでXはカルボン酸と塩を形成する陽イオン)も含む概念である。リン酸基、スルホン酸基及び硫酸基についても、同様に、酸型だけでなく、塩型も含む概念である。
一実施形態において、アニオン基としてはカルボキシル基が好ましい。カルボキシル基を含有するセルロースナノファイバーとしては、例えば、セルロース分子中のグルコースユニットの水酸基を酸化してなる酸化セルロースナノファイバーや、セルロース分子中のグルコースユニットの水酸基をカルボキシメチル化してなるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーが挙げられる。
好ましい実施形態に係る酸化セルロースナノファイバーとしては、セルロース分子中のグルコースユニットのC6位の水酸基が選択的に酸化されてカルボキシル基に変性されたものが挙げられる。酸化セルロースナノファイバーは、木材パルプなどの天然セルロースをN-オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いて酸化させ、解繊(微細化)処理することにより得られる。N-オキシル化合物としては、一般に酸化触媒として用いられるニトロキシラジカルを有する化合物が用いられ、例えばピペリジンニトロキシオキシラジカルであり、特に2,2,6,6-テトラメチルピペリジノオキシラジカル(TEMPO)または4-アセトアミド-TEMPOが好ましい。TEMPOで酸化されたセルロースナノファイバーは、一般にTEMPO酸化セルロースナノファイバーと称されており、本実施形態でも使用することができる。なお、酸化セルロースナノファイバーは、カルボキシル基とともに、アルデヒド基又はケトン基を有していてもよい。
セルロースナノファイバーにおけるアニオン基の量は、特に限定されず、例えば、0.
05~3.0mmol/gでもよく、0.5~2.5mmol/gでもよい。アニオン基の量は、例えば、カルボキシル基の場合、乾燥質量を精秤したセルロース試料から0.5~1質量%スラリーを60mL調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、電気伝導度測定を行い、pHが約11になるまで続け、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(V)から、下記式に従い求めることができる。リン酸基についても、同様の電気伝導度測定により測定することができる。その他のアニオン基についても公知の方法で測定すればよい。
アニオン基量(mmol/g)=V(mL)×〔0.05/セルロース試料質量(g)〕
05~3.0mmol/gでもよく、0.5~2.5mmol/gでもよい。アニオン基の量は、例えば、カルボキシル基の場合、乾燥質量を精秤したセルロース試料から0.5~1質量%スラリーを60mL調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、電気伝導度測定を行い、pHが約11になるまで続け、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(V)から、下記式に従い求めることができる。リン酸基についても、同様の電気伝導度測定により測定することができる。その他のアニオン基についても公知の方法で測定すればよい。
アニオン基量(mmol/g)=V(mL)×〔0.05/セルロース試料質量(g)〕
セルロースナノファイバーは、解繊処理を行うことにより得てもよい。解繊処理は、アニオン基を導入してから実施してもよく、導入前に実施してもよい。解繊処理としては、例えば、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波分散処理機、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、グラインダー等を用いて行うことができる。
導電膜形成剤にセルロースナノファイバーを配合するに際しては、水以外の分散媒に分散されたセルロースナノファイバー分散体を用いることが好ましい。水以外の分散媒としては各種有機溶媒が挙げられ、例えば、メタノール、エタノール、2-プロパノールなどのアルコール系溶媒、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒が、セルロースナノファイバーの分散性の観点から好ましい。これらの分散媒は、セルロースナノファイバー分散体を導電膜形成剤に添加することにより、セルロースナノファイバーとともに導電膜形成剤に配合されるため、(C)成分である有機溶媒の一部又は全部となる。
有機溶媒を分散媒とするセルロースナノファイバー分散体を得るためには、酸化セルロースナノファイバーなどのアニオン変性セルロースナノファイバーにおいて、カルボキシル基などの酸型のアニオン基がポリエーテルアミンで中和されていることが好ましく、有機溶媒に対する分散性を向上することができる。
(B)成分のセルロースナノファイバーの含有量は、特に限定されないが、導電膜形成剤中の(A)成分と(B)成分の含有量の合計100質量%に対する(B)成分の含有量が2~20質量%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは2~15重量%であり、2~10質量%でもよい。
[(C)成分]
(C)成分の有機溶媒は、導電膜形成剤において、(A)成分と(B)成分に対する分散媒として機能するものである。
(C)成分の有機溶媒は、導電膜形成剤において、(A)成分と(B)成分に対する分散媒として機能するものである。
有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、2-プロパノール、イソブチルアルコール、1-ブタノール、テルピネオール、ジアセトンアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコール、グリセリン等などのアルコール系溶媒; トルエン、キシレン、石油系炭化水素などの炭化水素系溶媒; 酢酸エチル、酢酸ブチル、ジエチレングリコールモノエ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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテートなどのエステル系溶媒; アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒; エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒; N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒などが挙げられ、これらはいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、アルコール系溶媒及び/又はアミド系溶媒が好ましい。
(C)成分の有機溶媒の含有量は、特に限定されず、例えば、導電膜形成剤中の(A)成分と(B)成分の含有量の合計を100質量部としたときに、30~500質量部でもよく、50~400質量部でもよい。
本実施形態に係る導電膜形成剤は、分散媒としての水を実質的に含まないことが好ましい。すなわち、本実施形態に係る導電膜形成剤において、分散媒は実質的に有機溶媒のみからなり、これにより(A)成分の銀粉及び/又は銀コート粉が疎水化処理されたものであっても、その分散性を向上することができる。本明細書において、導電膜形成剤が水を実質的に含まないとは、導電膜形成剤が水を含まないか、または、水を含んでいたとしても、分散媒の総量100質量%中、水の量が10質量%未満であることを意味し、より好ましくは5質量%未満、更に好ましくは1質量%未満であることを意味する。
[導電膜形成剤]
本実施形態に係る導電膜形成剤には、上記成分(A)~(C)の他、本実施形態の効果を損なわない範囲で、例えば、バインダ樹脂、硬化剤、着色剤、金属分散剤、消泡剤、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、カップリング剤、充填剤、粘度調整剤などの各種添加剤を配合してもよい。
本実施形態に係る導電膜形成剤には、上記成分(A)~(C)の他、本実施形態の効果を損なわない範囲で、例えば、バインダ樹脂、硬化剤、着色剤、金属分散剤、消泡剤、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、カップリング剤、充填剤、粘度調整剤などの各種添加剤を配合してもよい。
本実施形態に係る導電膜形成剤の製造方法は特に限定されず、導電膜形成剤の分野で公知の方法を好適に用いることができる。例えば、上述した各成分を所定の配合割合で配合し、公知の混合機を用いて混合する方法が挙げられる。その際、(B)成分のセルロースナノファイバーは、上記のように、有機溶媒を分散媒とするセルロースナノファイバー分散体として添加されることが好ましい。
本実施形態に係る導電膜形成剤の粘度は、特に限定されず、例えば25℃における粘度が50Pa・s以下でもよく、20Pa・s以下でもよい。スプレー性の観点からは粘度が小さいほど好ましい。ここで、導電膜形成剤の粘度は、E型粘度計を用いて、25℃において1rpm回転時(ずり速度2s-1)の粘度(η1rpm)を測定することにより得られる。
[導電膜形成剤の使用]
本実施形態に係る導電膜形成剤は、導電膜を形成するために用いられる。詳細には、電磁波シールドにおける導電膜の形成や、各種電子部品における導電膜(例えば配線)の形成に用いることができる。
本実施形態に係る導電膜形成剤は、導電膜を形成するために用いられる。詳細には、電磁波シールドにおける導電膜の形成や、各種電子部品における導電膜(例えば配線)の形成に用いることができる。
一実施形態において、基材上に導電膜形成剤を塗布し、これを硬化させることにより、基材上に導電膜を形成することができる。
塗布方法としては、例えば、スプレー法やインクジェット法などが挙げられ、好ましくはスプレー法である。すなわち、好ましい一実施形態に係る導電膜形成剤は、スプレーにより導電膜を形成するよう用いられるスプレー用の導電膜形成剤である。
基材としては、例えば、ガラス基板、セラミック基板(アルミナ基板など)、フレキシブル基板(PETフィルムなど)などが挙げられる。
基材上に形成された塗膜は、例えば60~150℃で1~60分間乾燥した後、100~250℃で1~60分間低温焼成することにより硬化させることができ、導電膜を形成することができる。
本実施形態に係る導電膜形成剤により形成される導電膜の比抵抗(体積抵抗率)は、特に限定されないが、1×10-3Ω・cm以下であることが好ましく、1×10-6~1×10-4Ω・cmでもよい。
[効果]
本実施形態に係る導電膜形成剤であると、分散媒として有機溶媒を用いたことにより、銀粉及び/又は銀コート粉の分散性が良好である。また、セルロースナノファイバーを含有することにより、導電膜形成剤は高いチクソ性を有し、そのため、スプレー性等の塗膜形成性と保存安定性を両立することができ、良好な導電性を有する導電膜を形成することができる。
本実施形態に係る導電膜形成剤であると、分散媒として有機溶媒を用いたことにより、銀粉及び/又は銀コート粉の分散性が良好である。また、セルロースナノファイバーを含有することにより、導電膜形成剤は高いチクソ性を有し、そのため、スプレー性等の塗膜形成性と保存安定性を両立することができ、良好な導電性を有する導電膜を形成することができる。
以下、実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
導電膜形成剤の評価方法は以下の通りである。
[分散性]
調製直後の導電膜形成剤を静置して状態を目視で確認し、金属粉末の沈降が見られないときを「○」として、金属粉末の沈降が見られるときを「×」として評価した。
調製直後の導電膜形成剤を静置して状態を目視で確認し、金属粉末の沈降が見られないときを「○」として、金属粉末の沈降が見られるときを「×」として評価した。
[スプレー性]
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。スプレー(三谷バルブ社製ノズルタイプZ-75-1-1)に導電膜形成剤を入れて、ノズルを一定の圧力で押して吹き付けを行った。そして、水をポジティブコントロール、1質量%キサンタンガム水溶液をネガティブコントロールとして、スプレー性の比較を行った。すなわち、水に近い使用感でスプレー状に吹き付けることができたものを「○」、1質量%キサンタンガム水溶液に近い使用感で、一部しかスプレー状に吹き付けることができなかったもの(直射状の吹き付けとなったもの)、及びスプレーできなかったものを「×」として評価した。
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。スプレー(三谷バルブ社製ノズルタイプZ-75-1-1)に導電膜形成剤を入れて、ノズルを一定の圧力で押して吹き付けを行った。そして、水をポジティブコントロール、1質量%キサンタンガム水溶液をネガティブコントロールとして、スプレー性の比較を行った。すなわち、水に近い使用感でスプレー状に吹き付けることができたものを「○」、1質量%キサンタンガム水溶液に近い使用感で、一部しかスプレー状に吹き付けることができなかったもの(直射状の吹き付けとなったもの)、及びスプレーできなかったものを「×」として評価した。
[保存安定性]
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤を25℃で1晩静置した。導電膜形成剤の状態変化を目視で確認し、金属粉末の沈降が見られないときを「○」として、金属粉末の沈降が見られるときを「×」として評価した。
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤を25℃で1晩静置した。導電膜形成剤の状態変化を目視で確認し、金属粉末の沈降が見られないときを「○」として、金属粉末の沈降が見られるときを「×」として評価した。
[TI値]
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤の粘度を25℃でE型粘度計(東機産業社製TV-22型粘度計コーンプレートタイプ)を用いて測定した。1rpm回転時(ずり速度2s-1)の粘度(η1rpm)と、10rpm回転時(ずり速度20s-1)の粘度(η10rpm)を測定し、前者を後者で除してTI値(η1rpm/η10rpm)を算出した。
分散性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤の粘度を25℃でE型粘度計(東機産業社製TV-22型粘度計コーンプレートタイプ)を用いて測定した。1rpm回転時(ずり速度2s-1)の粘度(η1rpm)と、10rpm回転時(ずり速度20s-1)の粘度(η10rpm)を測定し、前者を後者で除してTI値(η1rpm/η10rpm)を算出した。
[比抵抗]
分散性、スプレー性及び保存安定性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤をガラス基板に10mm×26mmの矩形状に膜厚100~200μmでバーコーター塗布し、150℃の熱風乾燥機中で10分、200℃の熱風乾燥機中で60分加熱し、導電膜を形成した。形成した導電膜の膜厚を表面粗さ計(株式会社東京精密製サーフコム480A)で、常温(25℃)での電気抵抗を電気抵抗測定装置(株式会社三
菱化学アナリティック社製低抵抗率計ロレスタGP、四端子四探針法)で測定し、それら膜厚と電気抵抗と導電膜のアスペクト比に基づいて比抵抗(体積抵抗率)を算出して評価した。
分散性、スプレー性及び保存安定性が「○」であった導電膜形成剤のみ評価対象とした。導電膜形成剤をガラス基板に10mm×26mmの矩形状に膜厚100~200μmでバーコーター塗布し、150℃の熱風乾燥機中で10分、200℃の熱風乾燥機中で60分加熱し、導電膜を形成した。形成した導電膜の膜厚を表面粗さ計(株式会社東京精密製サーフコム480A)で、常温(25℃)での電気抵抗を電気抵抗測定装置(株式会社三
菱化学アナリティック社製低抵抗率計ロレスタGP、四端子四探針法)で測定し、それら膜厚と電気抵抗と導電膜のアスペクト比に基づいて比抵抗(体積抵抗率)を算出して評価した。
[製造例1:CNF分散体1の調製]
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノオキシラジカル(TEMPO)0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12.0mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応した(反応時間:120分)。反応終了後、遠心分離機で固液分離し、純水を加えて固形分濃度4質量%に調整した。その後、24質量%NaOH水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃として水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加え、2時間反応させることで還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、変性セルロース繊維を得た。この変性セルロース繊維にメタノールを加えてろ過し、メタノール洗浄を繰り返して、変性セルロース繊維に含まれる水をメタノールに置換した。その後、メタノールと、変性セルロース繊維のカルボキシル基量と等量のポリエーテルアミン(PO/EOベースのモノアミン、JEFFAMINE M-2070、HUNTSMAN社製)とを加えて、セルロース繊維濃度を2.5質量%になるように希釈し、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで1回処理し、ゲル状組成物(CNF分散体1)を得た。
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノオキシラジカル(TEMPO)0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12.0mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応した(反応時間:120分)。反応終了後、遠心分離機で固液分離し、純水を加えて固形分濃度4質量%に調整した。その後、24質量%NaOH水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃として水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加え、2時間反応させることで還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、変性セルロース繊維を得た。この変性セルロース繊維にメタノールを加えてろ過し、メタノール洗浄を繰り返して、変性セルロース繊維に含まれる水をメタノールに置換した。その後、メタノールと、変性セルロース繊維のカルボキシル基量と等量のポリエーテルアミン(PO/EOベースのモノアミン、JEFFAMINE M-2070、HUNTSMAN社製)とを加えて、セルロース繊維濃度を2.5質量%になるように希釈し、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで1回処理し、ゲル状組成物(CNF分散体1)を得た。
得られたCNF分散体1は、メタノールを分散媒とするTEMPO酸化セルロースナノファイバーの2.5質量%分散体であり、セルロースナノファイバーのカルボキシル基の含有量は2.1mmol/g、数平均繊維径は4nmであり、I型結晶構造を有するものであった。
[製造例2:CNF分散体2の調製]
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12.0mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応した(反応時間:120分、反応温度:40℃)。反応終了後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、純水を加えて固形分濃度4質量%に調整した。その後、24質量%NaOH水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃として水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加え、2時間反応させることで還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、変性セルロース繊維を得た。この変性セルロース繊維にN-メチルピロリドン(NMP)を加えてろ過し、NMP洗浄を繰り返して、変性セルロース繊維に含まれる水をNMPに置換した。その後、NMPと、変性セルロース繊維のカルボキシル基量の3/4等量のポリエーテルアミン(JEFFAMINE M-2005、HUNTSMAN社製)と1/4等量のポリエーテルアミン(JEFFAMINE M-2070、HUNTSMAN社製)を加えて、セルロース繊維濃度を9.0質量%になるように希釈し、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで1回処理し、ゲル状組成物(CNF分散体2)を得た。
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12.0mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応した(反応時間:120分、反応温度:40℃)。反応終了後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、純水を加えて固形分濃度4質量%に調整した。その後、24質量%NaOH水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃として水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加え、2時間反応させることで還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、変性セルロース繊維を得た。この変性セルロース繊維にN-メチルピロリドン(NMP)を加えてろ過し、NMP洗浄を繰り返して、変性セルロース繊維に含まれる水をNMPに置換した。その後、NMPと、変性セルロース繊維のカルボキシル基量の3/4等量のポリエーテルアミン(JEFFAMINE M-2005、HUNTSMAN社製)と1/4等量のポリエーテルアミン(JEFFAMINE M-2070、HUNTSMAN社製)を加えて、セルロース繊維濃度を9.0質量%になるように希釈し、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで1回処理し、ゲル状組成物(CNF分散体2)を得た。
得られたCNF分散体2は、NMPを分散媒とするTEMPO酸化セルロースナノファイバーの9.0質量%分散体であり、セルロースナノファイバーのカルボキシル基の含有量は1.8mmol/g、数平均繊維径は4nmであり、I型結晶構造を有するものであった。
[比較製造例1:CNF分散体3の調製]
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応させた(反応時間:120分)。反応終了後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、繊維表面が酸化されたセルロース繊維を得た。つぎに、このセルロース繊維に純水を加えて2質量%に希釈し、高圧ホモジナイザー(三和エンジニアリング製、H11)を用いて圧力100MPaで1回処理することにより、ゲル状組成物(CNF分散体3)を製造した。
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が12mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応させた(反応時間:120分)。反応終了後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、繊維表面が酸化されたセルロース繊維を得た。つぎに、このセルロース繊維に純水を加えて2質量%に希釈し、高圧ホモジナイザー(三和エンジニアリング製、H11)を用いて圧力100MPaで1回処理することにより、ゲル状組成物(CNF分散体3)を製造した。
得られたCNF分散体3は、水を分散媒とするTEMPO酸化セルロースナノファイバーの2.0質量%分散体であり、セルロースナノファイバーのカルボキシル基の含有量は2.1mmol/g、数平均繊維径は4nmであり、I型結晶構造を有するものであった。
[実施例1:導電膜形成剤の調製]
フレーク状銀粉末(商品名:シルコートAgC-A、福田金属箔粉工業(株)製、比表面積0.6~0.9m2/g、50%平均粒子径4.65μm)0.95質量部と、製造例1で得られたCNF分散体1(メタノールを分散媒とするTEMPO酸化セルロースナノファイバーの2.5質量%分散体)2.00質量部を、ガラス製容器に測り取り、自転公転ミキサー(EME社製、V-mini300)を用いて1500rpmで5分間混合を行い、実施例1に係る導電膜形成剤を得た。
フレーク状銀粉末(商品名:シルコートAgC-A、福田金属箔粉工業(株)製、比表面積0.6~0.9m2/g、50%平均粒子径4.65μm)0.95質量部と、製造例1で得られたCNF分散体1(メタノールを分散媒とするTEMPO酸化セルロースナノファイバーの2.5質量%分散体)2.00質量部を、ガラス製容器に測り取り、自転公転ミキサー(EME社製、V-mini300)を用いて1500rpmで5分間混合を行い、実施例1に係る導電膜形成剤を得た。
実施例1の導電膜形成剤において、銀粉とセルロースナノファイバーとの混合比率(固形分中での各含有率)は、銀粉95質量%、セルロースナノファイバー5質量%である。
[実施例2,比較例1~7]
各成分の種類と配合量を下記表1に示す通りにしたこと以外は、実施例1と同様に導電膜形成剤を調製した。実施例2及び比較例1~7の導電膜形成剤ではいずれも、銀粉とセルロースナノファイバー又はバインダ樹脂との固形分での混合比率が、銀粉95質量%、セルロースナノファイバー又はバインダ樹脂5質量%であった。
各成分の種類と配合量を下記表1に示す通りにしたこと以外は、実施例1と同様に導電膜形成剤を調製した。実施例2及び比較例1~7の導電膜形成剤ではいずれも、銀粉とセルロースナノファイバー又はバインダ樹脂との固形分での混合比率が、銀粉95質量%、セルロースナノファイバー又はバインダ樹脂5質量%であった。
表中のバインダ樹脂1,2は以下の通りである。
・バインダ樹脂1:エポキシ樹脂、商品名:アデカレジンEP-4901E、株式会社ADEKA製
・バインダ樹脂2:エチルセルロース、商品名:エチルセルロース 粘度:80~120cps(5%溶液,25℃)、ナカライテスク製
・バインダ樹脂1:エポキシ樹脂、商品名:アデカレジンEP-4901E、株式会社ADEKA製
・バインダ樹脂2:エチルセルロース、商品名:エチルセルロース 粘度:80~120cps(5%溶液,25℃)、ナカライテスク製
得られた実施例1,2及び比較例1~7の導電膜形成剤について、分散性、スプレー性、保存安定性、TI値、及び比抵抗の評価を行った。結果は表1に示す通りである。なお、比較例1、3、7は分散性の良好な導電膜形成剤が得られなかったため分散性以外の評価は不可能であった。
表1から明らかなように、有機溶媒を分散媒としてセルロースナノファイバーを含有させた実施例1,2の導電膜形成剤であると、銀粉の分散性に優れ、チクソ性(TI)が高く、良好な保存安定性を有するとともにスプレー塗布が可能であった。また、導電膜形成剤から得られる導電膜は、比抵抗が低く良好な導電性を示した。
これに対して、実施例1,2におけるセルロースナノファイバーをバインダ樹脂1(エポキシ樹脂)に置き換えた比較例1,3では分散不良となり銀粉が沈降した。比較例1,3の導電膜形成剤では実施例1,2に対して粘度がかなり低いものであったため、粘度を高めるべく比較例2,4のように有機溶媒量を減量したところ、分散性及び保存安定性は改善したものの、スプレー性は良好でなかった。
セルロースナノファイバーの代わりに有機溶剤に可溶なエチルセルロースを用いた比較例5,6では、銀粉の分散は可能であったが、スプレー性又は保存安定性が劣っており、スプレー性と保存安定性を両立できなかった。
また、比較例7のようにセルロースナノファイバーの水分散体を用いた場合、銀粉の分散性が悪化した。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその省略、置き換え、変更などは、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Claims (6)
- 下記の(A)~(C)成分を含有することを特徴とする導電膜形成剤。
(A)銀粉及び/又は銀コート粉
(B)セルロースナノファイバー
(C)有機溶媒 - 前記(A)成分が50%平均粒子径100nm以上の銀粉及び/又は銀コート粉である、請求項1に記載の導電膜形成剤。
- 分散媒としての水を実質的に含まない、請求項1又は2に記載の導電膜形成剤。
- 前記(A)成分と(B)成分の含有量の合計100重量%に対する(A)成分の含有量が70~98質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電膜形成剤。
- スプレー用である、請求項1~4のいずれか1項に記載の導電膜形成剤。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の導電膜形成剤を塗布してなる導電膜。
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