JP6176809B2

JP6176809B2 - 金属ナノ粒子分散物

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Publication number: JP6176809B2
Application number: JP2016522590A
Authority: JP
Inventors: ロキユフイエ，ヨハン; ブリアモント，ニコラス; ボレン，デイルク
Original assignee: アグフア−ゲヴエルト
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: KR101802458B1; US20160082516A1; CN105339113A; EP3016763A1; WO2015000937A1; CN105339113B; EP3016763B1; US9839961B2; JP2016533414A; KR20160015274A

Description

本発明は、金属ナノ粒子分散物、こうした金属ナノ粒子分散物の製造方法、ならびにそれを用いて高度に導電性のパターン若しくはコーティングを中程度の硬化条件で形成し得るこれら分散物から作成される印刷液およびコーティング液に関する。

金属ナノ粒子を含有する印刷液若しくはコーティング液における興味は、所定の金属のバルク特性と比較した場合のこうした金属ナノ粒子の独特の特性によりこの１０年間に増大した。例えば、金属ナノ粒子の融点は減少する粒子径とともに低下し、プリンテッド・エレクトロニクス、電気化学、光学、磁気および生物学的応用についてそれらを興味深くしている。

例えばインクジェット印刷若しくはスクリーン印刷により印刷または高速で被覆され得る安定かつ濃縮された金属含有印刷液若しくはコーティング液の製造は、それが低費用での電子装置の製造を可能にするため、非常に興味深い。

典型的に、金属ナノ粒子は、非特許文献１に開示されるところの多価アルコール合成の方法論により、多価アルコール合成の方法論の派生物により、若しくは多様な還元剤の存在下の金属塩のｉｎｓｉｔｕ還元により製造される。こうした方法は、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３および特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７ならびに特許文献１８に開示されている。

こうした多価アルコール合成において、いわゆるキャッピング剤が金属前駆体若しくは金属ナノ粒子を安定化するためにしばしば使用される。こうしたキャッピング剤は通常、チオール（−ＳＨ）、カルボキシル（−ＣＯＯＨ）若しくはアミン（−ＮＨ）基のような官能基を含有する。例えば特許文献１９は、ナノ粒子がポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のようなキャッピング物質によりキャッピングされる多価アルコール合成により作成される金属ナノ粒子を含んでなる金属含有インクを開示する。

金属含有印刷液若しくはコーティング液を支持体上に塗布した後に、上昇された温度での硬化段階ともまた称される焼結段階が、適用されるパターン若しくは層の導電性を誘導する／高めるために実施される。金属含有印刷液若しくはコーティング液の有機成分例えばポリマー分散剤若しくはキャッピング剤は、適用されるパターンの層の焼結効率および従って導電性を低下させうる。この理由上、より高い焼結温度およびより長い焼結時間が、有機成分を分解するためにしばしば必要とされる。

こうした高い焼結温度は、比較的低いガラス転移温度を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）若しくはポリカーボネートのような普遍的ポリマー箔と適合しない。従って、導電性の層若しくはパターンを得るのに必要とされる焼結温度を低下させることにおける興味が存在する。

特許文献２０は、熱重量分析により測定されるところの３００℃より下の温度で９５ｗｔ％分解を有するポリマー分散剤を開示する。こうしたポリマー分散剤を含んでなる金属含有印刷液若しくはコーティング液を使用することにより、焼結温度および時間を低減し得る。双方２０１１年１２月２１に出願された特許文献２１および特許文献２２において
、いわゆる焼結添加物が、焼結温度をさらに低下させるために特許文献２０のポリマー分散剤とともに使用される。焼結添加物すなわち特殊なカルボン酸若しくはスルホン酸の量は分散物の総重量に基づき２ｗｔ％以上である。

２０１２年６月５日に出願された特許文献２３は、分散媒が特殊な溶媒例えば２−ピロリドンを含んでなることを特徴とする分散媒を含んでなる金属ナノ粒子分散物を開示する。こうした溶媒を分散媒として使用する場合、ポリマー分散剤は安定な金属ナノ粒子分散物を得るために必要でない。

特許文献２４は、銀粒子上に吸着された短鎖および長鎖キャッピング剤を含有する銀ナノ粒子組成物の製造を開示する。キャッピング剤は双方とも特定の分子量を有する陰イオン性高分子電解質である。

特許文献２５は、金属粒子表面に結合しかつそれらを凝集に対し安定化することが可能な３から７個までの炭素を包含するカルボン酸の存在下の金属塩の化学的還元による金属ナノ粒子の合成方法を開示する。該合成は水中で実施される。

特許文献２６は、銀塩粒子がカルボン酸を含有する溶液中で還元される、カルボン酸で安定化される銀ナノ粒子の製造方法を開示する。

第ＵＳ２０１０１４３５９１号明細書第ＵＳ２００９１４２４８２号明細書第ＵＳ２００６０２６４５１８号明細書第ＵＳ２００８０２２０１５５号明細書第ＥＰ２１４７７３３号明細書第ＥＰ２１３９００７号明細書第ＥＰ８０３５５１号明細書第ＥＰ２０１２９５２号明細書第ＥＰ２０３０７０６号明細書第ＥＰ１６８３５９２号明細書第ＥＰ１６６６１７号明細書第ＥＰ２１１９７４７号明細書第ＥＰ２０８７４９０号明細書第ＥＰ２０１０３１４号明細書第ＷＯ２００８／１５１０６６号明細書第ＷＯ２００６／０７６６０３号明細書第ＷＯ２００９／１５２３８８号明細書第ＷＯ２００９／１５７３９３号明細書第ＵＳ８１９７７１７号明細書第ＥＰ−Ａ２４６８８２７号明細書第ＥＰ−Ａ１１１９４７９１．７号明細書第ＥＰ−Ａ１１１９４７９０．９号明細書第ＥＰ−Ａ１２１７０７７４．９号明細書第ＵＳ２０１０／００８４５９９号明細書第ＵＳ７９３１９４１号明細書第ＵＳ２０１０／００９０１７９号明細書

Ｍａｔ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．１１４、５４９−５５５

［発明の要約］
それを用いて高導電性金属層若しくはパターンを中程度の硬化条件で製造し得る金属ナノ粒子分散物を提供することが本発明の一目的である。

この目的は請求項１に定義されるところの金属ナノ粒子分散物により実現される。少量の特定の化合物の金属ナノ粒子分散物中の存在が、該分散物を用いて製造される層若しくはパターンの導電性を増大させることが見出されている。

こうした金属ナノ粒子分散物の製造方法を提供することもまた本発明の一目的である。

本発明のさらなる利点および態様は以下の記述および従属する請求項から明らかとなるであろう。

［発明の詳細な記述］
金属ナノ粒子分散物
本発明の金属ナノ粒子分散物は、金属ナノ粒子、および式Ｉ

式中
Ｘは置換若しくは未置換環を形成するための必要な原子を表す、
の化合物
を含んでなる。

金属ナノ粒子は元素若しくは合金の形態の１種若しくはそれ以上の金属を含んでなる。金属は好ましくは銀、金、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、パラジウム、白金、スズ、亜鉛、チタン、クロム、タンタル、タングステン、鉄、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、アルミニウムおよび鉛よりなる群から選択される。銀、銅、モリブデン、アルミニウム、金、銅若しくはそれらの組合せに基づく金属ナノ粒子がとりわけ好ましい。銀ナノ粒子が最も好ましい。

「ナノ粒子」という用語は、分散物製造の終了時に２００ｎｍより下の平均粒子径を有する分散された粒子を指す。金属ナノ粒子は、２００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満、より好ましくは５０ｎｍ未満、最も好ましくは３０ｎｍ未満の分散物製造の終了時の平均粒子径を有する。

金属ナノ粒子分散物は、好ましくは５００μｍｏｌ／（ｇ金属）未満、より好ましくは２５０μｍｏｌ／（ｇ金属）未満、最も好ましくは１５０μｍｏｌ／ｇ金属未満の式Ｉ

式中、Ｘは置換若しくは未置換環を形成するための必要な原子を表す、
の化合物：
を含んでなる。

Ｘは、好ましくは、置換若しくは未置換の５員環を形成するための必要な原子を表す。

式Ｉの化合物の濃度は、好ましくは最低１０μｍｏｌ／（ｇ金属）、より好ましくは最低２５μｍｏｌ／（ｇ金属）である。

好ましい一態様において、金属ナノ粒子分散物は式ＩＩ

式中：
ＹはＣＲ₅Ｒ₆およびＯよりなる群から選択され、ならびに
Ｒ₃ないしＲ₆は、水素、置換若しくは未置換アルキル基、置換若しくは未置換アルケニル基、置換若しくは未置換アルキニル基、置換若しくは未置換アルカリール（ａｌｋａｒｙｌ）基、置換若しくは未置換アラルキル基および置換若しくは未置換アリール若しくはヘテロアリール基から独立に選択される、
の化合物：
を含んでなる。

式ＩＩの好ましい化合物中で、Ｒ₃ないしＲ₆は水素および置換若しくは未置換アルキル基から独立に選択される。

とりわけ好ましい態様において、式ＩＩの化合物はアスコルビン酸若しくはエリソルビン酸誘導体である。

最も好ましい態様において、一般式ＩＩの化合物はアスコルビン酸およびエリソルビン酸よりなる群から選択される。

式ＩＩの化合物の典型的な例を、それに制限されることを伴わずに表１に示す。

式Ｉの化合物は金属ナノ粒子分散物にその製造中いつでも添加しうる。しかしながら、安定性の理由上、酸を製造工程の終了時に添加することが有利でありうる。また安定性の理由上、それを使用する直前例えば被覆若しくは印刷の直前に金属ナノ粒子分散物に酸を添加することが有利でありうる。

分散媒
分散媒は好ましくは式ＩＩＩ、

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、ならびに
Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒を含んでなる。

式ＩＩＩにおける「アルキル」という用語は、アルキル基中の炭素原子のそれぞれの数について可能な全部のバリアント、すなわち３個の炭素原子について：ｎ−プロピルおよびイソプロピル；４個の炭素原子について：ｎ−ブチル、イソブチルおよび三級ブチル；５個の炭素原子について：ｎ−ペンチル、１，１−ジメチル−プロピル、２，２−ジメチルプロピルおよび２−メチル−ブチルなどを意味している。

好ましい一態様において、分散媒は式ＩＶ、

式中
Ｌは場合によっては置換されている直鎖状若しくは分枝状Ｃ₂−Ｃ₁₁アルキレン基である、
の溶媒を含んでなる。

より好ましい一態様において、分散媒は、場合によっては置換されている２−ピロリドン、β−ラクタム、γ−ラクタム、δ−ラクタム若しくはε−ラクタムから選択される溶媒を含んでなる。

なおより好ましい一態様において、金属ナノ粒子分散物は、分散媒として、２−ピロリドン、４−ヒドロキシ−２−ピロリドン、δ−バレロラクタム若しくはε−カプロラクタムから選択される溶媒を含んでなる。最も好ましい一態様において、分散媒は２−ピロリドンを含んでなる。

金属ナノ粒子分散物は、分散物の総重量に関して１と７５ｗｔ％の間、好ましくは２．５と５０ｗｔ％の間、より好ましくは５と２５ｗｔ％の間の量の上で定義されたところの溶媒を含んでなる。

金属ナノ粒子分散物の分散媒は、式ＩＩＩの溶媒に加えて補助溶媒好ましくはアルコール若しくはケトンを含みうる。補助溶媒はより好ましくはエタノール若しくはメチルエチルケトン（ＭＥＫ）である。補助溶媒は、金属ナノ粒子分散物の製造の開始から存在しうるか、または製造中若しくはその終了時に添加しうる。

ポリマー分散剤
分散媒は分散剤、典型的にはポリマー分散剤を含有しうる。しかしながら、こうしたポリマー分散剤（若しくは他の添加物）は低焼結温度で金属ナノ粒子分散物を用いて製造されてコーティングの導電性を低下させうるため、それらを使用しないことが好ましい。

ポリマー分散剤は、典型的には、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルピロリドン、ビニルブチラール、ビニルアセテート若しくはビニルアルコールモノマーから製造されるホモ若しくはコポリマーである。

熱重量分析により測定されるところの３００℃より下の温度で９５ｗｔ％分解を有する第ＥＰ−Ａ２４６８８２７号明細書に開示されるポリマー分散剤もまた使用しうる。

しかしながら、好ましい一態様において、本発明の金属ナノ粒子分散物は、分散物の総重量に関して５ｗｔ％未満、より好ましくは１ｗｔ％未満、最も好ましくは０．１ｗｔ％未満のポリマー分散剤を含んでなる。とりわけ好ましい一態様において、分散物はポリマー分散剤を全く含まない。

印刷液若しくはコーティング液
それぞれ金属含有インク若しくは金属含有コーティング溶液ともまた称される金属含有印刷液若しくはコーティング液を金属ナノ粒子分散物から製造しうる。

金属ナノ粒子分散物は金属含有印刷液若しくはコーティング液として直接使用しうる。しかしながら、コーティング若しくは印刷特性を最適化するため、およびまたそれが使用される応用にも依存して、還元剤、湿潤（ｗｅｔｔｉｎｇ）／均染剤、はんだはじき（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）剤、レオロジー調整剤、接着剤、粘着剤、湿潤剤（ｈｕｍｅｃｔａｎｔ）、噴射剤（ｊｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔ）、硬化剤、殺生物剤若しくは抗酸化剤のような添加物を金属ナノ粒子分散物に添加しうる。

好ましくは、式Ｉの化合物は、金属含有印刷液若しくはコーティング液を製造している間に添加しうる。

添加物の総量は、金属含有印刷液若しくはコーティング液の総重量に関して好ましくは２０ｗｔ％未満、より好ましくは１０ｗｔ％未満、およびなおより好ましくは５ｗｔ％未満である。

増粘剤を、印刷液若しくはコーティング液の粘度を増大させるために添加しうる。好ましい増粘剤は、非晶質シリカ、多様な分子量を有するポリビニルピロリドン、およびセルロースに基づく増粘剤から選択しうる。とりわけ好ましい増粘剤はヒドロキシプロピルセルロースである。

高沸点溶媒が、印刷中のインクの乾燥を予防するためにインクに好ましくは添加される。さらに、こうした高沸点溶媒はインクの導電性に対する正の影響もまた有する。好ましい高沸点溶媒は、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、２−ブトキシエタノールおよび１−メトキシ−２−プロパノールである。

また、希釈剤も、金属含有印刷液若しくはコーティング液を製造する場合に金属分散物に添加しうる。これら任意の希釈剤の量は、インクの総重量に関して好ましくは７５ｗｔ％未満、より好ましくは６０ｗｔ％未満である。希釈剤は、アルコール、芳香族炭化水素、ケトン、エステル、脂肪族炭化水素、高級脂肪酸、カルビトール、セロソルブ（ｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ）類および高級脂肪酸エステルから選択しうる。適するアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、１−ブタノール、１−ペンタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノールを包含する。適する芳香族炭化水素はトルエンおよびキシレンを包含する。適するケトンはメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、２，４−ペンタンジオンおよびヘキサフルオロアセトンを包含する。またグリコール、グリコールエーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチル−アセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドも使用しうる。

金属含有印刷液若しくはコーティング液の製造は、撹拌、高剪断混合、超音波処理のような均質化技術若しくはそれらの組合せを使用することによる、任意の添加物および／若しくは希釈剤の金属ナノ粒子分散物への添加を含んでなる。均質化段階は１００℃までの上昇された温度で実施し得る。好ましい一態様において、均質化段階は６０℃に等しい若しくはそれより下の温度で実施する。

好ましい一態様において、金属含有スクリーン印刷インクが製造される。こうしたスクリーン印刷インクは、３０００と４０００００ｍＰａ．ｓの間、好ましくは５０００と１０００００ｍＰａ．ｓの間、より好ましくは１００００と５００００ｍＰａ．ｓの間の粘度を有する。とりわけ好ましい一態様により、銀含有スクリーン印刷インクが製造される。

別の好ましい態様において、金属含有フレキソ印刷若しくはグラビア印刷インクが製造される。こうしたインクは、５０と３０００ｍＰａ．ｓの間、好ましくは２００と１０００ｍＰａ．ｓの間、最も好ましくは３００と５００ｍＰａｓ．ｓの間の粘度を有する。とりわけ好ましい一態様により、銀含有フレキソ印刷インクが製造される。

別の好ましい態様において、金属含有インクジェットインクが製造される。こうしたインクジェットインクは、１と５０ｍＰａ．ｓの間、好ましくは５と３０ｍＰａ．ｓの間、より好ましくは７と１５ｍＰａ．ｓの間の粘度を有する。とりわけ好ましい一態様により、銀含有インクジェットインクが製造される。

上で言及される粘度は２０と２５℃の間の温度で１／ｓの剪断速度で（例えばＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＡＲ２０００レオメーターで）測定される。

金属層若しくはパターン
金属含有印刷液若しくはコーティング液から印刷若しくは被覆される金属層若しくはパターンは、従来の金属含有印刷液若しくはコーティング液で得られるものと比較してより低い焼結温度でより導電性にすることができる。

金属層若しくはパターンは、上で定義されたところの印刷液若しくはコーティング液を支持体上に塗布する段階、次いで、１段階に組合せることが可能な乾燥および／若しくは焼結段階を含んでなる方法により製造される。

複数の金属層若しくはパターン、すなわちパターン化された若しくはパターン化されない層の積み重ねを支持体上に塗布しうる。金属層若しくはパターンの製造方法にて言及される支持体は、従って、以前に塗布された金属層若しくはパターンもまた包含する。

金属層若しくはパターンは、インクジェット印刷により、またはフレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷若しくはスクリーン印刷のようないずれかの従来の印刷技術により、あるいはスプレー塗装、ブレード塗工、スロットダイ塗布のようないずれかの従来の被覆技術によってもまた実現しうる。

層若しくはパターンが支持体上に塗布された後に、硬化段階ともまた称される焼結段階を実施する。この焼結段階中に溶媒が蒸発しかつ金属粒子が一緒に焼結する。連続的浸透ネットワークが金属粒子間で一旦形成されれば、層若しくはパターンが導電性になる。従来の硬化は熱を適用することにより実施する。硬化温度および時間は使用される支持体および金属層若しくはパターンの組成に依存する。金属層を硬化するための硬化段階は、２５０℃より下、好ましくは２００℃より下、より好ましくは１８０℃より下、最も好ましくは１６０℃より下の温度で実施しうる。

硬化時間は、選択された温度、支持体、および金属層の組成に依存して好ましくは６０分以下、より好ましくは３０分以下、および最も好ましくは１５分以下である。

しかしながら、熱を適用することによる従来の硬化の代わりに若しくはそれに加えて、アルゴンレーザー、マイクロ波照射、ＵＶ照射若しくは低圧アルゴンプラズマへの曝露、光（ｐｈｏｔｏｎｉｃ）硬化、プラズマ若しくはプラズマ強化電子線焼結またはパルス電流焼結のような代替の硬化方法を使用しうる。

本発明の金属層は、例えばＰＥＴのような高温での熱処理に耐え得ないポリマー支持体を使用することを可能にする十分に低い硬化温度を可能にする。短い硬化時間は高生産性を可能にする。

硬化後のかつ（金属の）バルク導電率の％として表される金属層若しくはパターンの導電率は、好ましくは１０以上、より好ましくは２０％以上、最も好ましくは３０％以上である。

金属層若しくはパターンは、多様な電子装置、または例えば有機光起電物質（ｐｈｏｔｏ−ｖｏｌｔａｉｃｓ）（ＯＰＶ）、無機光起電物質（ｃ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣＩＧＳ）、ＯＬＥＤディスプレイ、ＯＬＥＤ照明、無機照明、ＲＦＩＤ、有機トランジスタ、薄膜電池、タッチスクリーン、電子ペーパー、ＬＣＤ、プラズマ、センサー、膜スイッチ若しくは電磁遮蔽のような電子装置の部品で使用しうる。

金属ナノ粒子分散物の製造方法
金属ナノ粒子分散物は、式Ｉの化合物が、最終的な金属ナノ粒子分散物中の化合物の濃度が好ましくは５００μｍｏｌ／（ｇ金属）未満、より好ましくは２５０μｍｏｌ／（ｇ金属）未満、最も好ましくは１５０μｍｏｌ／（ｇ金属）未満であるように製造方法中に添加される限り、こうした分散物のいずれの既知の製造方法によっても製造し得る。式Ｉの化合物の濃度は、好ましくは最低１０μｍｏｌ／（ｇ金属）、より好ましくは最低２５μｍｏｌ／（ｇ金属）である。

酸は、製造方法の開始時、製造方法の経過中若しくは製造方法の終了時に添加されうることが観察されている。安定性の目的上、酸若しくは前駆体を製造方法の終了時に添加することが有利でありうる。

金属ナノ粒子分散物を製造するための第一の態様
金属ナノ粒子分散物の好ましい一製造方法は：
−金属前駆体粒子を、式ＩＩＩ

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、ならびに
Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒を含んでなる分散媒中に分散させる段階；ならびに
−金属前駆体を還元剤で還元して金属ナノ粒子を形成する段階であって；
ここで式Ｉ

式中
Ｘは置換若しくは未置換の５員環を形成するための必要な原子を表す、
の化合物
が、製造方法中若しくはその終了時に添加される上記段階、
を含んでなる。

金属前駆体分散物は、式ＩＩＩの溶媒を含有する分散媒に金属前駆体を添加することにより製造する。

金属前駆体粒子は、典型的には、粉末、フレーク、粒子若しくは凝集された粒子として入手可能である。分散物の製造前に、フレーク若しくは粉末は、乾式摩砕、湿式磨砕、高剪断分散法若しくは篩過技術によって小型化しうる。

金属前駆体分散物を製造するために、沈殿、混合、粉砕、ｉｎｓｉｔｕ合成のような典型的分散法若しくはそれらの組合せを使用しうる。温度、加工時間、エネルギー入力などのような実験条件は選ばれた方法論に依存する。分散工程は連続、回分若しくは半回分様式で実施し得る。

混合装置は、圧力捏和機、開放捏和機、遊星混合機、溶解装置、高剪断置き型混合機およびＤａｌｔｏｎ万能混合機を包含しうる。適する粉砕および分散装置は、ボールミル、パールミル、コロイドミル、高速ディスペンサー、複式ローラー、ビーズミル、ペイントコンディショナーおよび三本組ローラーである。ガラス、セラミック、金属およびプラスチックのような多くの異なる種類の素材を粉砕媒として使用しうる。分散物は超音波エネルギーを使用してもまた製造しうる。

ｗｔ％金属で表現される金属前駆体分散物の濃度は、好ましくは１と５０ｗｔ％の間、より好ましくは２と２５ｗｔ％の間、最も好ましくは３と１５ｗｔ％の間である。

金属ナノ粒子は、還元段階例えば金属酸化物の金属への還元によって金属前駆体粒子から製造される。

金属前駆体粒子は、金属酸化物、金属塩、金属水酸化物および金属錯体よりなる群から選択しうる。

好ましい金属酸化物粒子は、酸化銀、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ウォルフラム、酸化モリブデン、酸化カドミウム、酸化銅（ｃｕｐｐｅｒ）若しくは酸化亜鉛粒子である。

ＺｎＯ：Ａｌ、ＳｎＯ₂：Ｆ若しくはＳｎＯ₂：Ｓｂ粒子のようなドープ金属酸化物粒子もまた使用しうる。

好ましい金属水酸化物粒子は、水酸化銅、水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、水酸化ウォルフラム、水酸化モリブデン、水酸化カドミウム若しくは水酸化亜鉛粒子である。

好ましい金属塩は、硝酸塩、炭酸塩、塩化物、リン酸塩、ホウ酸塩、スルホン酸塩および硫酸塩のような無機酸の塩、ならびにステアリン酸塩、ミリスチン酸塩若しくは酢酸塩のような有機酸の塩を包含する。

上で挙げられたとおり、とりわけ好ましい金属ナノ粒子は銀ナノ粒子である。これらは例えば酸化銀、硝酸銀若しくは酢酸銀の還元により製造しうる。

この還元段階で使用される還元剤は好ましくは分散媒に可溶性である。還元剤は、ヒドロキシルアミンおよびその誘導体、ギ酸、シュウ酸、アスコルビン酸、ヒドラジンおよびその誘導体、ジチオスレイトール、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、リン酸およびその誘導体、水素化アルミニウムリチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、ホウ水素化ナトリウム、亜硫酸塩、スズ（ＩＩ）錯体、鉄（ＩＩ）錯体、亜鉛水銀アマルガム、ナトリウムアマルガム、原子水素若しくはリンドラー触媒よりなる群から選択しうる。

好ましい還元剤は、ヒドロキシルアミンの誘導体であり、Ｎ，Ｎ−ジエチルヒドロキシルアミンがとりわけ好ましい。別の好ましい還元剤はギ酸である。

金属に対する還元剤のモル比として表現される使用される還元剤の量は、好ましくは０．６と１０の間、より好ましくは０．８と８の間、最も好ましくは１と６の間である。

金属前駆体の金属ナノ粒子への還元の程度は好ましくは６０と１００％の間である。

還元剤は、好ましくは、前駆体の速すぎる還元を予防するように制御された方法で分散物に添加する。

金属ナノ粒子分散物を製造するための第二の態様
本発明の金属ナノ粒子分散物の別の好ましい製造方法は：
−金属前駆体を、
（ａ）式ＩＩＩ

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、
Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒、ならびに
（ｂ）式Ｖ
Ｒ−ＣＯＯＨ
式Ｖ
式中
Ｒは場合によっては置換されているＣ２−Ｃ７アルキル、アルケニル、アルキニル若しくはシクロアルキル基である、
のカルボン酸
を含んでなる分散媒に添加することにより金属前駆体分散物若しくは溶液を形成する段階；
−金属前駆体を還元剤で還元して金属ナノ粒子を形成する段階；
−金属ナノ粒子を沈降させて、最低１５ｗｔ％の金属ナノ粒子を含んでなる濃縮された金属ナノ粒子分散物を得る段階であって；
ここで式Ｉ

式ＩＩＩの溶媒および式Ｖのカルボン酸の組合せを使用することにより、容易に再分散されかつそれを用いて高度に導電性の層を製造しうる金属ナノ粒子の微細かつ均質な沈降物を得ることができることが観察されている。可能な一説明は、式ＩＩＩの溶媒および式Ｖのカルボン酸の双方が金属前駆体粒子および／若しくは金属ナノ粒子を安定化して、それが粒子の凝集物の非存在をもたらしうることでありうる。式ＩＩＩの溶媒は金属ナノ粒子をとりわけ安定化する一方、カルボン酸は金属前駆体粒子を安定化するという徴候が存在する。

金属ナノ粒子分散物の好ましい製造方法で使用される反応若しくは分散媒は、式Ｖ
Ｒ−ＣＯＯＨ
式Ｖ
式中、
Ｒは場合によっては置換されているＣ₂−Ｃ₇アルキル、アルケニル、アルキニル若しくはシクロアルキル基である、
のカルボン酸
を含有する。

Ｃ₂−Ｃ₇アルキル、アルケニル、アルキニル若しくはシクロアルキル基は２と７個の間の炭素原子を含有する。

Ｒは好ましくは場合によっては置換されているＣ₂−Ｃ₇アルキル基である。「アルキル」という用語は、該アルキル基中の炭素原子のそれぞれの数について可能な全部のバリアント、すなわち３個の炭素原子について：ｎ−プロピルおよびイソプロピル；４個の炭素原子について：ｎ−ブチル、イソブチルおよび三級ブチル；５個の炭素原子について：ｎ−ペンチル、１，１−ジメチル−プロピル、２，２−ジメチルプロピルおよび２−メチル
−ブチルなどを意味している。

好ましくはＲはｎ−アルキル基である。アルキル基の鎖長が増大する場合、反応混合物の粘度の増大が観察されている。他方、より短いアルキル基を伴う酸は許容できない臭いを有する。式ＶのＲ基は最も好ましくはＣ₄−Ｃ₆ ｎ−アルキル基である。

式Ｖのとりわけ好ましいカルボン酸は、ペンタン酸、ヘキサン酸およびヘプタン酸である。

金属に対するカルボン酸のモル比として表現される本発明の方法で使用される式Ｖのカルボン酸の量は、好ましくは１と１０の間、より好ましくは２と８の間、最も好ましくは３と６の間である。

金属前駆体分散物は、金属前駆体を、上で開示された分散方法について記述されるところの分散媒に添加することにより製造する。該分散媒は、しかしながら今や式Ｉの溶媒および式Ｖのカルボン酸を含有する。

金属ナノ粒子は還元段階例えば金属酸化物の金属への還元によって金属前駆体粒子から製造される。還元は上で開示されたとおり実施しうる。

最低１５ｗｔ％の金属ナノ粒子を含んでなる高度に濃縮された金属ナノ粒子分散物を実現するために、沈降段階を還元段階の後で実施する。

沈降段階の後に金属ナノ粒子の微細な均質な沈降物が得られる。沈降段階および任意の洗浄段階は、分散物からのコーティングの導電性に対する負の影響を有しうる有機成分（溶媒、カルボン酸、還元剤、結合剤）の除去もまたもたらす。

好ましくは、還元段階後に、分散物を、上清を除去するため攪拌機およびチューブを含有する沈降容器に移す。しかしながら上清からの沈降物の他の分離方法もまた使用しうる。

沈降は、好ましくは、混合物を撹拌することなくしばらくの間例えば一夜静置させることにより実施する。

沈降は、しかしながら、溶媒蒸発により、溶媒以外を添加することにより、遠心分離により、若しくは超遠心分離により誘発若しくは促進しうる。

沈降が完了した場合に上清を沈降物から除去する。沈降物からの上清の分離中に沈降物を撹乱しないことが非常に重要である。

好ましくは、１若しくはそれ以上の洗浄段階を、沈降物中になお存在する不要な成分を少なくとも部分的にさらに除去するため、得られた沈降物で実施する。

洗浄段階では、溶媒を沈降物に添加し、そして生じる分散物をしばらくの間例えば１時間若しくは半時間撹拌する。

その後、混合物を撹拌することなくしばらくの間例えば１時間静置させ、沈降物および上清をもたらす。上清をその後除去する。

数回の洗浄段階を、同一若しくは異なる溶媒を使用して実施しうる。

溶媒は、沈降物からの不要な成分の除去およびその溶媒中の金属ナノ粒子の沈降を考慮に入れて選ぶ。金属ナノ粒子の可逆的凝集が沈降を促進しうる。本発明の方法によりすなわち式ＩＩＩの溶媒および式Ｖのカルボン酸の存在下で製造された金属ナノ粒子は、事実こうした可逆的凝集物を特徴とし、かように沈降を促進するがしかし容易に再分散可能な沈降物を形成することが観察されている。

最後の洗浄段階で使用される溶媒は、分散物から作成される印刷液若しくはコーティング液の導電性および印刷特性もまた考慮に入れて選ぶ。

好ましい一態様において４洗浄段階を実施する。１−メトキシ−２−プロパノールを用いる最初の２洗浄段階、ＤＯＷＣＨＥＭＩＣＡＬＳからのブチルグリコールエーテルＢｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ^TMを用いる最後の２段階。

本発明の方法により得られる高度に濃縮された金属ナノ粒子分散物は、分散物の総重量に関して最低１５ｗｔ％、より好ましくは最低３０ｗｔ％、最も好ましくは最低５０ｗｔ％の金属ナノ粒子を含有する。とりわけ好ましい、金属ナノ粒子分散物は、分散物の総重量に関して６０と８０ｗｔ％の間の金属ナノ粒子を含有する。

金属ナノ粒子分散物を本製造方法を用いて製造する場合、酸前駆体の酸を、洗浄段階後または高度に濃縮された金属ナノ粒子分散物からコーティング液若しくは印刷液を製造する間に、金属ナノ粒子分散物に添加することが好ましい。

材料
以下の実施例で使用される全部の物質は、別の方法で明記されない限りＡＬＤＲＩＣＨ
ＣＨＥＭＩＣＡＬＣｏ．（ベルギー）およびＡＣＲＯＳ（ベルギー）のような標準的供給源から容易に入手可能であった。全部の物質は別の方法で明記されない限りさらなる精製を伴わず使用した。
・Ｂｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ^TMはＤＯＷＣＨＥＭＩＣＡＬＳからのブチルグリコールエーテルである。
・ＤｏｗａｎｏｌＰＭ^TMはＤＯＷＣＨＥＭＩＣＡＬＳからの１−メトキシ−２−プロパノールである。
・Ｋｌｕｃｅｌ^TMＪはＨＥＲＣＵＬＥＳからのヒドロキシプロピルセルロースである。
・ＥＬＥＭＥＮＴＩＳからの消泡剤（疎水性に修飾されたシリカを含有するポリシロキサン）ＤＡＰＲＯＤＦ６８００。
・ＢＹＫＡｄｄｉｔｉｖｅｓ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからの湿潤添加物Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ（登録商標）−２０２５。
・ＩＰＡはイソプロピルアルコールである。
・ＥｔＯＡｃは酢酸エチルである。
・ＡｃＯＨは酢酸である。
・ＴＨＦはテトラヒドロフランである。
・ＭＥＫはメチルエチルケトンである。
・ＤＭＡはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドである。
・ＮＭＰはＮ−メチルピロリドンである。
・ＵＭＩＣＯＲＥからの酸化銀。

銀ナノ粒子分散物ＮＰＤ−０１ないしＮＰＤ−０３の製造
７８．０ｇの酸化銀を、２７５．０ｇのペンタン酸および４０１．０ｇの２−ピロリド
ンを含有する１ｌ反応槽に撹拌しながらゆっくりと添加した。混合物の温度を２５℃で保った。

酸化銀の完全な添加後に該懸濁液を２５℃で一夜攪拌した。

その後、３００．０ｇのＮ，Ｎ−ジエチルヒドロキシルアミンを１．５時間の時間の期間に該懸濁液に添加した。反応混合物の温度を２５℃で保った。全部の還元剤を添加した場合に該反応混合物を別の１時間攪拌しながら２５℃で保った。

該反応混合物をその後沈降容器にフィードし、そこでそれを撹拌することなく一夜保管した。上清を沈降物から慎重に除去した。

得られた沈降物を４回すなわちＤｏｗａｎｏｌＰＭ^TM（５４７ｇ）で２回およびｂｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ^TM（５４７ｇ）で２回洗浄した。各洗浄段階において、溶媒を沈降物に添加し、そして生じる懸濁液を３００ｒｐｍで０．５時間攪拌した。その後、撹拌されない懸濁液を別の１時間保管し、そして上清を慎重に除去した。

ｂｕｔｙｌｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ^TMでの最後の洗浄段階後に、沈降物をＲｏｕｓｓｅｌｅｔＲｏｂａｔｅｌ（仏国）からの遠心デカンター中０．５時間の間３０００ｒｐｍで遠心分離した。

かように得られた銀ナノ粒子分散物にアスコルビン酸を表２に示されるところの量で添加した。

銀ナノ粒子分散物をその後ポリエステル支持体上に被覆した（ブレードコーター、コーティング厚は１０μｍであった）。

被覆層を乾燥しかつ１５０℃で３０分間硬化した。

表面抵抗（ＳＥＲ）を４点コリニアプローブ（ｃｏｌｌｉｎｅａｒｐｒｏｂｅ）を使用して測定した。表面若しくはシート抵抗を以下の式：
ＳＥＲ＝（π／ｌｎ２）＊（Ｖ／Ｉ）
式中
ＳＥＲはΩ／□で表現される層の表面抵抗であり；
πは３．１４におよそ等しい数学的定数であり；
ｌｎ２は、０．６９３におよそ等しい、値２の自然対数に等しい数学的定数であり；
Ｖは４点プローブ測定装置の電圧計により測定される電圧であり；
Ｉは４点プローブ測定装置により測定されるソース電流であり、
により計算した。

各サンプルについて、３回の測定をコーティングの異なる位置で実施しそして平均値を計算した。

コーティングの銀含量Ｍ_Ag（ｇ／ｍ²）をＷＤ−ＸＲＦにより決定した。

被覆層の導電率を、以下の式：

式中
ρ_Agは銀の密度（１０．４９ｇ・ｃｍ^-3）、およびσ_Agは銀の比導電率（６．３１０⁵Ｓ／ｃｍに等しい）であり、
を使用して導電率を銀のバルク導電率のパーセンテージとして計算することにより決定した。

導電率を表２に示す。

少量のアスコルビン酸の添加が、銀分散物から得られる層の導電率の実質的増大をもたらすことが表２から明確である。

銀ナノ粒子分散物ＮＰＤ−０５ないしＮＰＦ−０６の製造
２５．０ｇの酸化銀（Ｕｍｉｃｏｒｅから）を、撹拌しながら４５．０ｇのエタノールおよび４４．８ｇの２−ピロリドンの混合物に添加して前分散物を得た。該前分散物をその後２４時間攪拌した。

その後、１．７３ｍｌのギ酸を、撹拌しかつ温度を室温に保ちながら前分散物に添加した（１．２５ｍｌ／ｍｉｎ）。９０ｍｉｎ後に第二の１．７３ｍｌのギ酸を、撹拌しかつ温度を室温に保ちながら該混合物に添加した（１．２５ｍｌ／ｍｉｎ）。ギ酸の添加後に該混合物を２３〜２５℃で２．５時間さらに撹拌した。

その後、該混合物を６０μｍ濾布を使用して濾過した。濾液をその後４０℃で最初の６０ｍｉｎは１１０ｍｂａｒで、その後３０ｍｉｎ６０ｍｂａｒで濃縮した。

かように得られた銀ナノ粒子分散物にアスコルビン酸を表３に示されるところの量で添加した。

被覆層を乾燥しかつ１５０℃で３０分間硬化した。

導電率測定を実施例１でのとおり実施した。結果を表３に示す。

銀ナノ粒子分散物へのアスコルビン酸の添加が、銀分散物から得られる層の導電性を実質的に増大させることが表３から明確である。

Claims

銀ナノ粒子を含んでなる銀ナノ粒子分散物であって、２５〜１５０μｍｏｌ／ｇ金属の濃度の式ＩＩ

式中
ＹはＣＲ₅Ｒ₆およびＯよりなる群から選択され、ならびに
Ｒ₃ないしＲ₆は、水素、置換若しくは未置換アルキル基、置換若しくは未置換アルケニル基、置換若しくは未置換アルキニル基、置換若しくは未置換アルカリール基、置換若しくは未置換アラルキル基および置換若しくは未置換アリール若しくはヘテロアリール基から独立に選択される、
の化合物
を含んでなることを特徴とする、分散物。
式ＩＩＩ

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、ならびに
Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒
をさらに含んでなる、請求項１に記載の銀ナノ粒子分散物。
式Ｖ
Ｒ−ＣＯＯＨ
式Ｖ
式中、ＲはＣ₂−Ｃ₇アルキル、アルケニル、アルキニル若しくはシクロアルキル基である、
の酸
をさらに含んでなる、請求項１〜２のいずれかに記載の銀ナノ粒子分散物。
−銀前駆体粒子を、式ＩＩＩ

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、ならびに
Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒を含んでなる分散媒中に分散する段階、ならびに
−銀前駆体を還元剤で還元して銀ナノ粒子を形成する段階を含んでなり、
ここで、２５〜１５０μｍｏｌ／ｇ金属の濃度の式ＩＩ

式中
ＹはＣＲ ₅ Ｒ ₆ およびＯよりなる群から選択され、ならびに
Ｒ ₃ ないしＲ ₆ は、水素、置換若しくは未置換アルキル基、置換若しくは未置換アルケニル基、置換若しくは未置換アルキニル基、置換若しくは未置換アルカリール基、置換若しくは未置換アラルキル基および置換若しくは未置換アリール若しくはヘテロアリール基から独立に選択される
の化合物
が、製造方法中若しくはその終了時に添加される、
銀ナノ粒子分散物の製造方法。
−（ａ）式ＩＩＩ

式中
Ｒ₁およびＲ₂は場合によっては置換されているアルキル基を表し、Ｒ₁およびＲ₂は環を形成することができる、
の溶媒、ならびに
（ｂ）式Ｖ
Ｒ−ＣＯＯＨ
式Ｖ
式中
Ｒは場合によっては置換されているＣ２−Ｃ７アルキル、アルケニル、アルキニル若しくはシクロアルキル基である、
のカルボン酸
を含んでなる分散媒に銀前駆体を添加することにより銀前駆体分散物若しくは溶液を形成する段階、
−銀前駆体を還元剤で還元して銀ナノ粒子を形成する段階；
−銀ナノ粒子を沈降させて、最低１５ｗｔ％の銀ナノ粒子を含んでなる高度に濃縮された銀ナノ粒子分散物を得る段階を含んでなり、
ここで、２５〜１５０μｍｏｌ／ｇ金属の濃度の式ＩＩ

式中
ＹはＣＲ ₅ Ｒ ₆ およびＯよりなる群から選択され、ならびに
Ｒ ₃ ないしＲ ₆ は、水素、置換若しくは未置換アルキル基、置換若しくは未置換アルケニル基、置換若しくは未置換アルキニル基、置換若しくは未置換アルカリール基、置換若しくは未置換アラルキル基および置換若しくは未置換アリール若しくはヘテロアリール基から独立に選択される
の化合物
が、製造方法中若しくはその終了時に添加される、
銀ナノ粒子分散物の製造方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の銀ナノ粒子分散物を支持体上に塗布する段階、次いで硬化段階を含んでなり、硬化段階が１６０℃若しくはそれ未満の温度で３０分若しくはそれ未満の間実施される、導電性銀層若しくはパターンの製造方法。