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JP7180282B2 - Metal oxide nanoparticle dispersion for firing and method for producing sintered film - Google Patents

Metal oxide nanoparticle dispersion for firing and method for producing sintered film Download PDF

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JP7180282B2 JP2018202195A JP2018202195A JP7180282B2 JP 7180282 B2 JP7180282 B2 JP 7180282B2 JP 2018202195 A JP2018202195 A JP 2018202195A JP 2018202195 A JP2018202195 A JP 2018202195A JP 7180282 B2 JP7180282 B2 JP 7180282B2
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metal oxide
dispersant
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firing
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教弘 小倉
陽平 伊藤
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Description

本発明は、焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体、及び焼結膜の製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal oxide nanoparticle dispersion for sintering and a method for producing a sintered film.

金属酸化物ナノ粒子を溶剤中で分散させた金属酸化物ナノ粒子分散体は、種々の産業分野に利用されており、例えば、コンデンサ、電池、半導体基板、各種センサー及び液晶表示素子等の電子部品が備える各種機能層の他、研磨材や耐火材等にも用いられる等、幅広く利用されている。近年、電子部品用途においては、部品の小型化、高容量化及び高効率化等の製品特性の向上が望まれており、これら要求を満たすために、原料である金属酸化物ナノ粒子の微粒子化及び分散安定性の向上が求められている。積層セラミックスコンデンサの誘電体層やセラミックス固体電池の固体電解質等の焼成用途の金属酸化物ナノ粒子分散体においては、更に、焼成工程での有機成分の易分解性も求められている。 Metal oxide nanoparticle dispersions obtained by dispersing metal oxide nanoparticles in a solvent are used in various industrial fields, such as electronic components such as capacitors, batteries, semiconductor substrates, various sensors and liquid crystal display elements. In addition to various functional layers provided by In recent years, in electronic component applications, there has been a demand for improvements in product characteristics such as miniaturization, high capacity, and high efficiency of components. And improvement of dispersion stability is demanded. In metal oxide nanoparticle dispersions for sintering applications such as dielectric layers of laminated ceramic capacitors and solid electrolytes of ceramic solid-state batteries, easy decomposition of organic components in the sintering process is also required.

従来、金属酸化物ナノ粒子の分散体を得るためには、例えば、無機粒子用分散剤として市販されているリン酸エステル系の分散剤が用いられている。
また、特許文献1及び2には、金属酸化物ナノ粒子の表面を、シランカップリング剤等の表面処理剤で修飾する手法が開示されている。
更に、本出願人は、特許文献3に、窒素部位を有する構成単位と、ポリマー鎖を有する構成単位とを有し、窒素部位の少なくとも一部が特定の化合物と塩を形成したグラフト共重合体を分散剤として用い、特定の金属粒子を有機溶剤中に分散させた金属粒子分散体を開示している。
特許文献4には、特定の構造を有するポリエーテルとトリカルボン酸無水物からなるポリエーテルエステル化合物を分散剤として用い、無機粉体を非水系溶媒中に分散させた非水系分散体組成物が開示されている。
Conventionally, in order to obtain a dispersion of metal oxide nanoparticles, for example, a commercially available phosphate-based dispersant has been used as a dispersant for inorganic particles.
Further, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of modifying the surface of metal oxide nanoparticles with a surface treatment agent such as a silane coupling agent.
Furthermore, the present applicant has disclosed in Patent Document 3 a graft copolymer having a structural unit having a nitrogen site and a structural unit having a polymer chain, wherein at least part of the nitrogen site forms a salt with a specific compound. is used as a dispersant, and a metal particle dispersion is disclosed in which specific metal particles are dispersed in an organic solvent.
Patent Document 4 discloses a non-aqueous dispersion composition in which an inorganic powder is dispersed in a non-aqueous solvent using a polyether ester compound composed of a polyether having a specific structure and a tricarboxylic anhydride as a dispersant. It is

一方、末端に加水分解性シリル基を有するポリマーが、コーティング材として材料表面の改質に使用されている(特許文献5~7)。しかしながら、末端に加水分解性シリル基を有するポリマーは、基材の親水化処理等の表面改質を目的として使用されており、焼成用の金属酸化物ナノ粒子分散体の分散剤として用いる旨は記載も示唆もされていない。 On the other hand, polymers having hydrolyzable silyl groups at their ends are used as coating materials for modifying material surfaces (Patent Documents 5 to 7). However, polymers having hydrolyzable silyl groups at their ends are used for the purpose of surface modification such as hydrophilization of substrates, and the fact that they are used as dispersants for metal oxide nanoparticle dispersions for sintering is unknown. Not mentioned or suggested.

特開2010-254889号公報JP 2010-254889 A 特開2016-128374号公報JP 2016-128374 A 特開2014-88550号公報JP 2014-88550 A 特開2016-147261号公報JP 2016-147261 A 特開平7-3171号公報JP-A-7-3171 特開2002-293824号公報JP-A-2002-293824 特開2011-236403号公報JP 2011-236403 A

焼成用の金属酸化物ナノ粒子分散体においては、上述のように、金属酸化物ナノ粒子の微粒子化及び分散安定性の向上に加え、焼成工程での有機成分の易分解性が求められる。
しかしながら、リン酸エステル系の分散剤を用いて金属酸化物ナノ粒子を溶媒中に分散させた場合、後述の比較例4、5に示されるように、分散安定性が不十分であり、金属ナノ粒子が沈降しやすいという問題がある。また、リン酸エステル系の分散剤や、特許文献4の分散剤は、焼成用途に用いた場合に、分散剤に由来する有機成分を焼成工程で十分に除去できないという問題もある。
特許文献1及び2に記載されているような、シランカップリング剤等の低分子化合物を用いる手法では、数nmオーダーの粒子に対しては分散安定性が良好なものの、数十nmオーダーの粒子に対しては、分散安定性が不十分で、金属酸化物ナノ粒子が沈降しやすい。後述の比較例2、3に示されるように、シランカップリング剤を用いて数十nmオーダーの金属酸化物ナノ粒子を溶媒中に分散させようとすると、分散直後に溶剤相と沈降した金属酸化物ナノ粒子相とに相分離してしまう。
特許文献3の分散剤は、焼結後の有機成分の残留量が低減されたものであるが、窒素部位が吸着基になるため、焼結後に少量残存する窒素成分を除去することが困難である。
また、焼成用の金属酸化物ナノ粒子分散体においては、金属酸化物ナノ粒子の分散性及び分散安定性の更なる向上が求められている。
In the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering, as described above, the metal oxide nanoparticles are required to be finely divided and to improve the dispersion stability, as well as the easy decomposability of the organic component in the sintering process.
However, when metal oxide nanoparticles are dispersed in a solvent using a phosphate-based dispersant, the dispersion stability is insufficient, as shown in Comparative Examples 4 and 5 below. There is a problem that the particles tend to settle. In addition, the phosphate ester-based dispersant and the dispersant of Patent Document 4 also have a problem that, when used for firing, the organic component derived from the dispersant cannot be sufficiently removed in the firing process.
In the method using a low-molecular-weight compound such as a silane coupling agent as described in Patent Documents 1 and 2, although the dispersion stability is good for particles on the order of several nanometers, particles on the order of several tens of nanometers , the dispersion stability is insufficient, and the metal oxide nanoparticles tend to sediment. As shown in Comparative Examples 2 and 3 described later, when attempting to disperse metal oxide nanoparticles of the order of several tens of nm in a solvent using a silane coupling agent, the solvent phase and precipitated metal oxide nanoparticles Phase separation occurs between the nanoparticle phase and the nanoparticle phase.
The dispersant of Patent Document 3 has a reduced amount of residual organic components after sintering, but since the nitrogen sites become adsorption groups, it is difficult to remove a small amount of residual nitrogen components after sintering. be.
In addition, in metal oxide nanoparticle dispersions for sintering, further improvement in dispersibility and dispersion stability of metal oxide nanoparticles is required.

本発明は、このような状況下になされたものであり、分散性、分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制され、焼成処理による有機成分の分解性が向上した焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体、及び、前記焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を含む組成物を用いた焼結膜の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under such circumstances. An object of the present invention is to provide a method for producing a sintered film using a composition containing an oxide nanoparticle dispersion and the metal oxide nanoparticle dispersion for firing.

本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ粒子と、分散剤と、有機溶剤とを含有し、
前記分散剤が、下記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に下記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物であることを特徴とする。
The metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention contains metal oxide nanoparticles, a dispersant, and an organic solvent,
The dispersant is a polymer compound having a hydrolyzable silyl group represented by the following general formula (II) at one end of the main chain of a polymer chain having a structural unit represented by the following general formula (I). It is characterized by

Figure 0007180282000001
(一般式(I)中、R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、Rは炭化水素基を表す。)
Figure 0007180282000001
(In general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, L 1 represents a direct bond or a divalent linking group, and R 2 represents a hydrocarbon group.)

Figure 0007180282000002
(一般式(II)中、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基、Lは2価の連結基を表し、mは1以上3以下の整数を表す。)
Figure 0007180282000002
(In general formula (II), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group, L 2 represents a divalent linking group, and m represents an integer of 1 or more and 3 or less.)

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体においては、前記一般式(I)で表される構成単位において、前記一般式(I)中のLが-COO-基、Rが-CH-R21で表される1価の基を表し、前記R21が水素原子又はアルキル基であることが、焼成処理による有機成分の分解性の点から好ましい。
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体においては、前記R21が分岐アルキル基であることが、焼成処理による有機成分の分解性の点からより好ましい。
In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, in the structural unit represented by the general formula (I), L 1 in the general formula (I) is a —COO— group and R 2 is —CH 2 represents a monovalent group represented by R 21 , and R 21 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group from the standpoint of decomposability of organic components by calcination.
In the metal oxide nanoparticle dispersion for calcination of the present invention, it is more preferable that the R 21 is a branched alkyl group from the viewpoint of the decomposition of the organic component by the calcination treatment.

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体においては、前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒径が10nm以上200nm以下であることが、分散性、分散安定性の点、及び金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点から好ましい。 In the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention, the average particle size of the metal oxide nanoparticles is 10 nm or more and 200 nm or less. It is preferable from the point of suppressing the sedimentation of.

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体においては、前記金属酸化物ナノ粒子が、少なくともその表面に、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化セリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を含むことが、分散性、分散安定性の点、及び金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点から好ましい。 In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, the metal oxide nanoparticles have, on at least their surfaces, zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, indium oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, The inclusion of at least one metal oxide selected from the group consisting of barium titanate, barium zirconate, barium zirconate titanate, and strontium titanate is advantageous in dispersibility, dispersion stability, and metal oxide nanoparticles. It is preferable from the point of suppressing the sedimentation of.

また、本発明は、前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ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、焼結膜の製造方法を提供する。 Further, the present invention provides a step of applying a composition containing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention on a substrate to form a coating film, and a step of firing the coating film. A method for producing a sintered membrane is provided.

本発明によれば、分散性、分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制され、焼成処理による有機成分の分解性が向上した焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体、及び、前記焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を含む組成物を用いた焼結膜の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a dispersion of metal oxide nanoparticles for firing, which is excellent in dispersibility and dispersion stability, suppresses sedimentation of metal oxide nanoparticles, and improves decomposability of organic components by firing treatment; A method for producing a sintered film using a composition containing a metal oxide nanoparticle dispersion for sintering can be provided.

以下、本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体、及び焼結膜の製造方法について説明する。
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、アクリル及びメタクリルの各々を表し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートの各々を表す。
Hereinafter, the metal oxide nanoparticle dispersion for firing and the method for producing a sintered film according to the present invention will be described.
In the present invention, light includes electromagnetic waves with wavelengths in the visible and non-visible regions, and radiation, and radiation includes, for example, microwaves and electron beams. Specifically, it refers to electromagnetic waves with a wavelength of 5 μm or less and electron beams. Moreover, in the present invention, (meth)acryl represents each of acrylic and methacrylic, and (meth)acrylate represents each of acrylate and methacrylate.

[焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体]
本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ粒子と、分散剤と、有機溶剤とを含有し、
前記分散剤が、下記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に下記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物であることを特徴とする。
[Metal oxide nanoparticle dispersion for firing]
The metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention contains metal oxide nanoparticles, a dispersant, and an organic solvent,
The dispersant is a polymer compound having a hydrolyzable silyl group represented by the following general formula (II) at one end of the main chain of a polymer chain having a structural unit represented by the following general formula (I). It is characterized by

Figure 0007180282000003
(一般式(I)中、R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、Rは炭化水素基を表す。)
Figure 0007180282000003
(In general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, L 1 represents a direct bond or a divalent linking group, and R 2 represents a hydrocarbon group.)

Figure 0007180282000004
(一般式(II)中、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基、Lは2価の連結基を表し、mは1以上3以下の整数を表す。)
Figure 0007180282000004
(In general formula (II), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group, L 2 represents a divalent linking group, and m represents an integer of 1 or more and 3 or less.)

従来、金属酸化物ナノ粒子の分散体は、金属酸化物ナノ粒子の比重が、分散体中の各成分と比較して大きいことから、保存時に粒子が沈降しやすいという問題がある。高分子分散剤は、高分子鎖の立体反発により粒子の沈降を抑制することができるが、従来の高分子分散剤は、焼成工程が必要な場合に、ポリマー成分が熱分解し難いという問題がある。一方、積層セラミックスコンデンサの誘電体層のように、薄膜塗工と焼成工程が必要な用途に用いられる金属酸化物ナノ粒子の分散体は、優れた分散性及び分散安定性と、焼成処理による有機成分の易分解性の両立が求められる。
本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ粒子に、前記特定の分散剤を組み合わせて用いることにより、分散性、分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制され、更に、焼成処理による有機成分の分解性が向上したものである。
前記特定の組み合わせにより、前記のような特定の効果を発揮する作用としては、未解明の部分もあるが、以下のように推定される。
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、前記分散剤が、前記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物であり、前記特定のポリマー鎖が有機溶剤との溶解性に優れ、前記特定の加水分解性シリル基が、金属酸化物ナノ粒子の表面の水酸基と脱水縮合して、化学的に結合することができる。そのため、前記特定の高分子化合物を分散剤として、有機溶剤中に金属酸化物ナノ粒子を分散させると、前記特定の高分子化合物は、一方の末端が金属酸化物ナノ粒子の表面と結合し、ポリマー鎖が外側になって互いに立体反発するため、前記特定の高分子化合物が金属酸化物ナノ粒子を取り囲んで溶剤中で安定して存在し、金属酸化物ナノ粒子が分散されると考えられる。ここで、金属酸化物ナノ粒子と分散剤との吸着が、物理吸着ではなく、化学吸着であることにより、金属酸化物ナノ粒子の分散安定性が更に向上する。その結果、本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ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、金属酸化物ナノ粒子が沈降することをも抑制することができると推測される。
また、本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を含む組成物の塗膜を焼成して焼結膜を製造する場合は、金属酸化物ナノ粒子と前記特定の分散剤との間に形成された化学結合が、加熱により加水分解されやすいため、焼成処理により前記特定の分散剤が金属酸化物ナノ粒子表面から脱離しやすい。更に、前記特定の分散剤は、ポリマー鎖が前記特定の構成単位を有するものであり、加熱により解重合しやすいため、焼成処理により分解されやすい。そのため、本発明の製造方法により得られる焼結膜は、有機成分の残留量が低減されたものとなる。焼結膜に含まれる有機成分の残留量が少ないと、導電性など、所望の機能を発現しやすい。
更に、本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、上述のように金属酸化物ナノ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、金属酸化物ナノ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、本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、分散剤の含有割合を低減することにより低粘度化することができ、また、焼結膜中の有機成分の残留量をより低減することが可能である。
なお、本発明において低粘度の具体的な目安としては、焼成用金属酸化物ナノ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焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、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。
また、本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ粒子の分散性及び分散安定性に優れているため、金属酸化物ナノ粒子を高濃度で含有することができる。金属酸化物ナノ粒子を高濃度で含有する分散体を用いることにより、金属酸化物ナノ粒子濃度が高い塗膜を形成することができるため、塗膜の薄膜化が可能である。金属酸化物ナノ粒子を高濃度で含有する本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、例えば、誘電体セラミックスシート(グリーンシート)形成用として好適に用いることができる。
Conventionally, a metal oxide nanoparticle dispersion has a problem that the particles tend to settle during storage because the specific gravity of the metal oxide nanoparticles is larger than that of each component in the dispersion. Polymeric dispersants can suppress sedimentation of particles due to steric repulsion of polymer chains. be. On the other hand, dispersions of metal oxide nanoparticles, which are used in applications that require thin film coating and firing processes, such as the dielectric layers of multilayer ceramic capacitors, have excellent dispersibility and dispersion stability, and organic Both of the easily degradable components are required.
The metal oxide nanoparticle dispersion for sintering according to the present invention is excellent in dispersibility and dispersion stability by using the metal oxide nanoparticles in combination with the above-mentioned specific dispersant, and sedimentation of the metal oxide nanoparticles is suppressed, and furthermore, the decomposability of the organic component by the calcination treatment is improved.
Although there are some unexplained aspects of the action of the specific combination to exert the specific effects as described above, it is presumed as follows.
In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, the dispersant is represented by the general formula (II) at one end of the main chain of the polymer chain having the structural unit represented by the general formula (I). a polymer compound having a hydrolyzable silyl group, wherein the specific polymer chain has excellent solubility in an organic solvent, and the specific hydrolyzable silyl group is a hydroxyl group on the surface of the metal oxide nanoparticles. They can be chemically bonded by dehydration condensation. Therefore, when the metal oxide nanoparticles are dispersed in an organic solvent using the specific polymer compound as a dispersant, one end of the specific polymer compound binds to the surface of the metal oxide nanoparticles, Since the polymer chains are on the outside and sterically repel each other, it is believed that the specific polymer compound surrounds the metal oxide nanoparticles and exists stably in the solvent, dispersing the metal oxide nanoparticles. Here, the adsorption between the metal oxide nanoparticles and the dispersing agent is not physical adsorption but chemical adsorption, thereby further improving the dispersion stability of the metal oxide nanoparticles. As a result, the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention is less prone to agglomeration of the metal oxide nanoparticles, has excellent dispersibility and dispersion stability, and suppresses sedimentation of the metal oxide nanoparticles. presumed to be able to
Further, when producing a sintered film by baking a coating film of a composition containing a metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention, the metal oxide nanoparticles are formed between the specific dispersant and the Since the chemical bonds formed are easily hydrolyzed by heating, the specific dispersant is easily released from the surface of the metal oxide nanoparticles by the baking treatment. Furthermore, the specific dispersant has a polymer chain having the specific structural unit, and is easily depolymerized by heating, and therefore easily decomposed by baking treatment. Therefore, the sintered film obtained by the production method of the present invention has a reduced amount of residual organic components. When the residual amount of the organic component contained in the sintered film is small, desired functions such as electrical conductivity are likely to be exhibited.
Furthermore, the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention is excellent in the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles as described above. It is also possible to keep the content ratio of the dispersant to a low level. Therefore, the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering according to the present invention can have a low viscosity by reducing the content of the dispersant, and further reduces the residual amount of the organic component in the sintered film. It is possible.
In the present invention, a specific guideline for low viscosity is that the viscosity of the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering is 10 mPa·s or less, and more preferably 3 mPa·s or less. Such a low-viscosity sintering metal oxide nanoparticle dispersion can also be suitably used as an inkjet composition.
Moreover, since the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention is excellent in the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles, it can contain the metal oxide nanoparticles at a high concentration. By using a dispersion containing metal oxide nanoparticles at a high concentration, it is possible to form a coating film with a high concentration of metal oxide nanoparticles, so that the coating film can be made thinner. The metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, which contains metal oxide nanoparticles at a high concentration, can be suitably used, for example, for forming a dielectric ceramic sheet (green sheet).

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、少なくとも金属酸化物ナノ粒子と、分散剤と、有機溶剤とを含有するものであり、本発明の効果が損なわれない限り、必要に応じて他の成分を含有してもよいものである。
以下、本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体の各成分について順に詳細に説明する。
The metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention contains at least metal oxide nanoparticles, a dispersant, and an organic solvent. It may contain other components.
Hereinafter, each component of the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention will be described in detail in order.

<金属酸化物ナノ粒子>
本発明に用いられる金属酸化物ナノ粒子は、少なくともその表面に金属酸化物を含み、分散体中での平均粒径が数nm乃至数百nmサイズの粒子であればよく、粒子全体が均一に金属酸化物を含むものであってもよいし、金属粒子の表面が酸化されて粒子表面が金属酸化物となったものであってもよい。
前記金属酸化物としては、焼成用途に用いられるものであれば特に限定されず、用途に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化チタン(TiO)、酸化インジウム(In)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化セリウム(CeO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ba(ZrTi)O)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(ZrTi)O)、酸化鉄(Fe)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化銅(CuO)並びに、セラミックス固体電池に利用可能なLa0.51Li0.34TiO2.94(ペロブスカイト型)及びLiLaZr12(ガーネット型)等が挙げられる。中でも、後述する分散剤との組み合わせにより分散性及び分散安定性を向上しやすく、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制されやすい点から、前記金属酸化物としては、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化セリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化セリウム及びチタン酸バリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。また、セラミックスコンデンサ用途でセラミックス誘電体として好適に用いられる金属酸化物として、チタン酸バリウム及びチタン酸ジルコン酸バリウムから選ばれる少なくとも1種も好ましい。
<Metal oxide nanoparticles>
The metal oxide nanoparticles used in the present invention may be particles containing a metal oxide at least on their surfaces and having an average particle size of several nanometers to several hundreds of nanometers in dispersion. It may contain a metal oxide, or the surface of metal particles may be oxidized to form a metal oxide.
The metal oxide is not particularly limited as long as it is used for firing, and can be appropriately selected depending on the application. Examples include zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), Titanium oxide ( TiO2 ), indium oxide ( In2O3 ), indium tin oxide ( ITO ), zinc oxide (ZnO), cerium oxide ( CeO2 ), barium titanate ( BaTiO3 ), barium zirconate ( BaZrO3) ), barium zirconate titanate (Ba(ZrTi) O3 ), strontium titanate ( SrTiO3 ), lead zirconate titanate (Pb(ZrTi) O3 ), iron oxide ( Fe2O4 ), magnesium oxide ( MgO), copper oxide (CuO), and La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 (perovskite type) and Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (garnet type) that can be used for ceramic solid-state batteries. . Among them, the metal oxides include zirconium oxide, aluminum oxide, and titanium oxide because the dispersibility and dispersion stability are easily improved by combining with a dispersant described later, and sedimentation of the metal oxide nanoparticles is easily suppressed. , indium oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, barium titanate, barium zirconate, barium zirconate titanate and strontium titanate. At least one selected from the group consisting of titanium, indium tin oxide, zinc oxide, cerium oxide and barium titanate is more preferred. At least one selected from barium titanate and barium zirconate titanate is also preferable as a metal oxide suitably used as a ceramic dielectric for ceramic capacitor applications.

前記金属酸化物ナノ粒子は、前記金属酸化物ナノ粒子の表面全体のうち、前記金属酸化物が占める面積が、95%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、99%以上であることがより更に好ましい。
また、前記金属酸化物ナノ粒子全体が均一に金属酸化物を含む場合は、前記金属酸化物ナノ粒子に含まれる前記金属酸化物の含有割合は、95質量%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、99%以上であることがより更に好ましい。
In the metal oxide nanoparticles, the area occupied by the metal oxide in the entire surface of the metal oxide nanoparticles is preferably 95% or more, more preferably 98% or more, and 99%. The above is even more preferable.
Further, when the metal oxide nanoparticles as a whole contain the metal oxide uniformly, the content of the metal oxide contained in the metal oxide nanoparticles is preferably 95% by mass or more, preferably 98%. It is more preferably 99% or more, and even more preferably 99% or more.

前記金属酸化物ナノ粒子の分散体中での平均粒径は、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされないが、後述する分散剤との組み合わせにより分散性及び分散安定性を向上する効果が高い点から、10nm以上であることが好ましく、15nm以上であることがより好ましく、20nm以上であることがより更に好ましく、一方、200nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがより更に好ましい。
なお、分散体中における前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、動的光散乱式(DLS)粒子径分布測定装置により測定することができる分散粒径である。
The average particle size of the metal oxide nanoparticles in the dispersion is not particularly limited, and may be appropriately set according to the application. From the viewpoint of high effect, it is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more, and even more preferably 20 nm or more, while it is preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less. It is preferably 100 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
The average particle size of the metal oxide nanoparticles in the dispersion is the dispersed particle size that can be measured with a dynamic light scattering (DLS) particle size distribution analyzer.

また、有機溶剤中に分散させる前の前記金属酸化物ナノ粒子の平均一次粒径は、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされないが、後述する分散剤との組み合わせによる分散性及び分散安定性を向上する効果が高い点から、1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることがより更に好ましく、一方、200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることがより更に好ましい。
なお、有機溶剤中に分散させる前の前記金属酸化物ナノ粒子の平均一次粒径は、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する。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する。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。
In addition, the average primary particle size of the metal oxide nanoparticles before being dispersed in an organic solvent may be appropriately set according to the application, and is not particularly limited. From the viewpoint of a high effect of improving dispersion stability, it is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 10 nm or more, while it is preferably 200 nm or less, and 100 nm. It is more preferably 50 nm or less, and even more preferably 50 nm or less.
The average primary particle size of the metal oxide nanoparticles before being dispersed in the organic solvent can be determined by a method of directly measuring the size of the primary particles from an electron micrograph. Specifically, the minor axis diameter and the major axis diameter of each primary particle are measured, and the average thereof is taken as the particle diameter of the particle. Next, for 100 or more particles, the volume (mass) of each particle is obtained by approximating the obtained particle size to a rectangular parallelepiped, and the volume-average particle size is obtained. The same result can be obtained by using a transmission type (TEM), scanning type (SEM) or scanning transmission type (STEM) electron microscope.

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体において、金属酸化物ナノ粒子の含有量は、用途に応じて適宜選択されれば良いが、例えば、分散体の全量に対して、1質量%以上とすることができ、2質量%以上であってもよく、3質量%以上であってもよい。一方、分散性、分散安定性の点、及び金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点から、金属酸化物ナノ粒子の含有量は、分散体の全量に対して、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることがより更に好ましい。本発明においては、後述する分散剤を用いることにより、従来に比べて金属酸化物ナノ粒子の含有量を高めた場合であっても、金属酸化物ナノ粒子の分散性や分散安定性に優れ、沈降物を生じにくいものとすることができる。
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体においては、後述する分散剤を用いることにより、金属酸化物ナノ粒子の分散性及び分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制されるため、金属酸化物ナノ粒子を高濃度で含有させることができ、例えば、分散体の全量に対して、金属酸化物ナノ粒子の含有量を5質量%以上とすることができ、更に、10質量%以上とすることができ、更に、20質量%以上とすることができる。
なお、前記金属酸化物ナノ粒子は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, the content of the metal oxide nanoparticles may be appropriately selected depending on the application. and may be 2% by mass or more, or may be 3% by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of dispersibility, dispersion stability, and suppression of sedimentation of metal oxide nanoparticles, the content of metal oxide nanoparticles should be 50% by mass or less with respect to the total amount of the dispersion. is preferable, 40% by mass or less is more preferable, and 30% by mass or less is even more preferable. In the present invention, by using a dispersant to be described later, even when the content of the metal oxide nanoparticles is increased compared to the prior art, the metal oxide nanoparticles are excellent in dispersibility and dispersion stability, It is possible to make sediments less likely to occur.
In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, by using a dispersing agent described later, the metal oxide nanoparticles are excellent in dispersibility and dispersion stability, and sedimentation of the metal oxide nanoparticles is suppressed. Therefore, the metal oxide nanoparticles can be contained at a high concentration, for example, the content of the metal oxide nanoparticles can be 5% by mass or more relative to the total amount of the dispersion, and further, 10 mass % or more, and can be 20 mass % or more.
The metal oxide nanoparticles may be used singly or in combination of two or more.

<分散剤>
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体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を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に下記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物である。
<Dispersant>
The dispersant used in the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention is represented by the following general formula (II) at one end of the main chain of the polymer chain having the structural unit represented by the following general formula (I). It is a polymer compound having a hydrolyzable silyl group.

Figure 0007180282000005
(一般式(I)中、R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、Rは炭化水素基を表す。)
Figure 0007180282000005
(In general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, L 1 represents a direct bond or a divalent linking group, and R 2 represents a hydrocarbon group.)

Figure 0007180282000006
(一般式(II)中、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基、Lは2価の連結基を表し、mは1以上3以下の整数を表す。)
Figure 0007180282000006
(In general formula (II), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group, L 2 represents a divalent linking group, and m represents an integer of 1 or more and 3 or less.)

前記高分子化合物が有する前記ポリマー鎖は、前記一般式(I)で表される構成単位を有することにより、溶剤親和性が良好であり、焼結処理による分解性に優れる。前記ポリマー鎖は、前記一般式(I)で表される構成単位を有するものであれば特に限定はされず、単独重合体であっても、共重合体であってもよい。 Since the polymer chain of the polymer compound has the structural unit represented by the general formula (I), it has good solvent affinity and excellent decomposability by sintering. The polymer chain is not particularly limited as long as it has a structural unit represented by the general formula (I), and may be a homopolymer or a copolymer.

前記一般式(I)において、Lは直接結合又は2価の連結基である。Lが直接結合とは、R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。Lにおける2価の連結基としては、エチレン性不飽和二重結合とRで表される炭化水素基とを連結可能であれば、特に制限はないが、例えば、-COO-基、-CONH-基、-NHCOO-基、エーテル基(-O-基)、チオエーテル基(-S-基)、及びこれらの基から選ばれる少なくとも1種と、アルキレン基及びアリーレン基から選ばれる少なくとも1種との組み合わせ等が挙げられる。Lは、中でも、分散性及び分散安定性の点から、直接結合、或いは、-CONH-基、-COO-基、-R-CONH-又は-R-COO-で表される2価の連結基(ここで、Rはアルキレン基を表す)であることが好ましく、-COO-基又は-R-COO-で表される2価の連結基であることがより好ましく、-COO-基であることがより更に好ましい。 In the general formula (I), L1 is a direct bond or a divalent linking group. The fact that L 1 is directly bonded means that R 2 is directly bonded to a carbon atom without a linking group. The divalent linking group for L 1 is not particularly limited as long as it can link the ethylenically unsaturated double bond and the hydrocarbon group represented by R 2 . CONH- group, -NHCOO- group, ether group (-O- group), thioether group (-S- group), and at least one selected from these groups, and at least one selected from alkylene groups and arylene groups and the like. L 1 is, among others, a direct bond or a divalent linkage represented by -CONH- group, -COO- group, -R-CONH- or -R-COO- from the viewpoint of dispersibility and dispersion stability is preferably a group (here, R represents an alkylene group), more preferably a divalent linking group represented by -COO- group or -R-COO-, and -COO- group is even more preferable.

前記一般式(I)において、Rは炭化水素基を表す。Rにおける炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基及びアラルキル基等を挙げることができる。
前記アルキル基は、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、イソブチル基、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、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等を挙げることができる。前記アルキル基の炭素数は、1以上18以下であることが好ましく、2以上10以下であることがより好ましく、3以上8以下であることがより更に好ましい。
前記アルケニル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基等を挙げることができる。前記アルケニル基の炭素数は、2以上18以下であることが好ましく、3以上10以下であることがより好ましい。
前記アリール基としては、例えば、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。前記アリール基の炭素数は、6以上24以下であることが好ましく、6以上12以下であることがより好ましい。
前記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。前記アラルキル基の炭素数は、7以上20以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましい。
における炭化水素基としては、中でも、溶剤親和性に優れ、焼成処理による分解性に優れる点から、アルキル基が好ましく、直鎖又は分岐アルキル基がより好ましく、炭素数1以上18以下の直鎖又は分岐アルキル基がより更に好ましい。
In the general formula (I), R2 represents a hydrocarbon group. Examples of hydrocarbon groups for R 2 include alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups and aralkyl groups.
The alkyl group may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, 2-ethylhexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, bornyl group, isobornyl group, dicyclopentanyl group, adamantyl group, lower alkyl group-substituted adamantyl group and the like. The number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 or more and 18 or less, more preferably 2 or more and 10 or less, and even more preferably 3 or more and 8 or less.
The alkenyl group may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include vinyl, allyl and propenyl groups. The number of carbon atoms in the alkenyl group is preferably 2 or more and 18 or less, more preferably 3 or more and 10 or less.
Examples of the aryl group include a phenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a tolyl group, and a xylyl group. The number of carbon atoms in the aryl group is preferably 6 or more and 24 or less, more preferably 6 or more and 12 or less.
Examples of the aralkyl group include benzyl group, phenethyl group, naphthylmethyl group, biphenylmethyl group and the like. The number of carbon atoms in the aralkyl group is preferably 7 or more and 20 or less, more preferably 7 or more and 14 or less.
Among them, the hydrocarbon group for R 2 is preferably an alkyl group, more preferably a straight or branched alkyl group, and a straight chain having 1 to 18 carbon atoms, from the viewpoint of excellent solvent affinity and excellent decomposability by baking treatment. Chain or branched alkyl groups are even more preferred.

前記一般式(I)で表される構成単位は、溶剤親和性に優れる点、及び焼成処理による分解性に優れ、焼成処理後の有機成分の残留量を低減できる点から、中でも、前記一般式(I)中のLが-COO-基、Rが-CH-R21で表される1価の基を表し、前記R21が水素原子又はアルキル基であることが好ましい。この場合、焼成工程において隣り合う構成単位間での反応を抑制することができるため、隣り合う構成単位間での縮合により発生するメタクリル酸無水物等の残留有機成分を低減することができる。
当該アルキル基は、特に限定はされないが、直鎖又は分岐アルキル基であることが好ましい。また、当該アルキル基の炭素数は、1以上17以下であることが好ましく、2以上10以下であることがより好ましく、3以上8以下であることがより更に好ましい。
前記R21は、焼成処理後の有機成分の残留量を低減しながら、更に、前記分散剤の分解温度が低減され、本発明の分散体の塗膜を焼成する際の焼成温度を低減することができる点から、分岐アルキル基であることが好ましい。また、当該分岐アルキル基の炭素数は、3以上10以下であることが好ましい。
The structural unit represented by the general formula (I) has excellent solvent affinity, excellent decomposability by baking treatment, and can reduce the amount of residual organic components after baking treatment. L 1 in (I) is a —COO— group, R 2 is a monovalent group —CH 2 —R 21 , and R 21 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group. In this case, since the reaction between adjacent structural units can be suppressed in the firing step, residual organic components such as methacrylic anhydride generated by condensation between adjacent structural units can be reduced.
Although the alkyl group is not particularly limited, it is preferably a linear or branched alkyl group. The number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 or more and 17 or less, more preferably 2 or more and 10 or less, and even more preferably 3 or more and 8 or less.
The R 21 reduces the residual amount of the organic component after the baking treatment, further reduces the decomposition temperature of the dispersant, and reduces the baking temperature when baking the coating film of the dispersion of the present invention. is preferably a branched alkyl group. Moreover, the number of carbon atoms in the branched alkyl group is preferably 3 or more and 10 or less.

前記一般式(I)で表される構成単位を誘導する単量体としては、特に限定はされないが、前記一般式(I)中のLが-COO-基、Rが-CH-R21で表される1価の基を表すものとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中で、前記R21が分岐アルキル基であるものは、イソブチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート及びイソデシル(メタ)アクリレートである。 The monomer from which the structural unit represented by general formula (I) is derived is not particularly limited . Examples of monovalent groups represented by R 21 include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) Acrylate, isoamyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate and the like. Among these, those in which R 21 is a branched alkyl group are isobutyl (meth)acrylate, isoamyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate and isodecyl (meth)acrylate. .

前記高分子化合物において、前記ポリマー鎖は、前記一般式(I)で表される構成単位を有するものであれば良く、本発明の効果を損なわない範囲において、前記一般式(I)で表される構成単位とは異なるその他の構成単位を更に有するものであっても良い。前記ポリマー鎖が、前記一般式(I)で表される構成単位とは異なるその他の構成単位を更に有する場合は、前記ポリマー鎖に含まれる全構成単位100質量%中、前記一般式(I)で表される構成単位の割合は、前記ポリマー鎖の溶剤親和性の点から、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがより更に好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。
なお、本発明において、前記ポリマー鎖中の各構成単位の含有割合は、前記ポリマー鎖を合成する際の仕込み量から算出することができる。
In the polymer compound, the polymer chain may have a constitutional unit represented by the general formula (I). It may further have another structural unit different from the structural unit. When the polymer chain further has other structural units different from the structural units represented by the general formula (I), the general formula (I) out of 100% by mass of all structural units contained in the polymer chain From the viewpoint of solvent affinity of the polymer chain, the proportion of the structural unit represented by is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 80% by mass or more. More preferably, it is particularly preferably 90% by mass or more.
In addition, in the present invention, the content ratio of each structural unit in the polymer chain can be calculated from the charged amount when synthesizing the polymer chain.

前記高分子化合物において、前記ポリマー鎖が有していてもよい、前記一般式(I)で表される構成単位とは異なるその他の構成単位としては、例えば、下記一般式(III)で表される構成単位を挙げることができる。 In the polymer compound, the other structural unit different from the structural unit represented by the general formula (I), which the polymer chain may have, is represented by the following general formula (III), for example. can be mentioned.

Figure 0007180282000007
(一般式(III)中、R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、Rは、水素原子、又は、水酸基、アミノ基、酸性基及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基若しくは当該官能基を有する炭化水素基を表す。)
Figure 0007180282000007
(In the general formula (III), R 5 is a hydrogen atom or a methyl group, L 3 is a direct bond or a divalent linking group, and R 6 is a hydrogen atom or a hydroxyl group, an amino group, an acidic group and an epoxy group. represents at least one functional group selected from the group or a hydrocarbon group having the functional group.)

前記一般式(III)において、Lは直接結合又は2価の連結基である。Lにおける2価の連結基としては、エチレン性不飽和二重結合とRで表される1価の基とを連結可能であれば、特に制限はないが、例えば、-COO-基、-CONH-基、-NHCOO-基、エーテル基(-O-基)、チオエーテル基(-S-基)、及びこれらから選ばれる少なくとも1種と、官能基を有していてもよいアルキレン基及びアリーレン基から選ばれる少なくとも1種との組み合わせ等が挙げられる。Lにおける2価の連結基が有していてもよい官能基としては、例えば、後述するRにおける官能基と同様のものを挙げることができる。 In the general formula (III), L3 is a direct bond or a divalent linking group. The divalent linking group for L3 is not particularly limited as long as it can link the ethylenically unsaturated double bond and the monovalent group represented by R6 . -CONH- group, -NHCOO- group, ether group (-O- group), thioether group (-S- group), and at least one selected from these, an alkylene group optionally having a functional group and A combination with at least one selected from arylene groups is included. Examples of the functional group that the divalent linking group in L 3 may have include the same functional groups as those in R 6 to be described later.

前記一般式(III)において、Rは、水素原子、又は、水酸基、アミノ基、酸性基及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基若しくは当該官能基を有する炭化水素基を表す。当該炭化水素基としては、例えば、前記一般式(I)中のRにおける炭化水素基と同様のものが挙げられる。前記アミノ基は、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基及び4級アンモニウム基のいずれでもよい。前記酸性基としては、例えば、カルボキシ基、スルホ基、リン酸基等が挙げられる。 In the general formula (III), R 6 represents a hydrogen atom, at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, an acidic group and an epoxy group, or a hydrocarbon group having such a functional group. . Examples of the hydrocarbon group include those similar to the hydrocarbon group for R 2 in the general formula (I). The amino group may be any of primary amino group, secondary amino group, tertiary amino group and quaternary ammonium group. Examples of the acidic group include a carboxy group, a sulfo group, and a phosphoric acid group.

前記一般式(III)で表される構成単位を誘導する単量体としては、特に限定はされないが、例えば、(メタ)アクリル酸;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する単量体;N,N-ジメチルアミノ(メタ)アクリレート等のアミノ基を有する単量体;2-((メタ)アクリロイルオキシ)エタンスルホン酸、リン酸2-((メタ)アクリロイルオキシ)エチル等の酸性基を有する単量体;エポキシシクロヘキセニル(メタ)アクリレート等のエポキシ基を有する単量体等が挙げられる。 The monomer from which the structural unit represented by the general formula (III) is derived is not particularly limited. For example, (meth)acrylic acid; a monomer having a hydroxyl group such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate body; monomers having an amino group such as N,N-dimethylamino (meth)acrylate; acidity such as 2-((meth)acryloyloxy)ethanesulfonic acid and 2-((meth)acryloyloxy)ethyl phosphate monomers having a group; monomers having an epoxy group such as epoxycyclohexenyl (meth)acrylate;

前記高分子化合物は、前記ポリマー鎖の主鎖の片末端に前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する
前記一般式(II)において、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基を表す。R及びRにおける炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基と、金属酸化物ナノ粒子の表面の水酸基とが脱水縮合しやすい点から、炭素数が1以上8以下であることが好ましく、1以上6以下であることがより好ましい。
及びRにおける炭化水素基としては、具体的には例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、イソプロピル基、イソブチル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルブチル基、イソヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-メチルヘキシル基、シクロペンチル基等が挙げられる。
中でも、前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基と、金属酸化物ナノ粒子の表面の水酸基とが脱水縮合しやすい点から、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上3以下のアルキル基であることが好ましく、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。
The polymer compound has a hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) at one end of the main chain of the polymer chain In the general formula (II), R 3 and R 4 are each independently , represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group. The hydrocarbon group for R 3 and R 4 may be linear, branched, or cyclic, and the hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) and the metal oxide nanoparticles The number of carbon atoms is preferably 1 or more and 8 or less, more preferably 1 or more and 6 or less, because dehydration condensation with the hydroxyl groups on the surface of is likely to occur.
Specific examples of hydrocarbon groups for R 3 and R 4 include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, isopropyl group, isobutyl group, n- butyl group, tert-butyl group, isopentyl group, neopentyl group, 1-methylbutyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, 2-methylhexyl group, cyclopentyl group and the like.
Among them, the hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) and the hydroxyl group on the surface of the metal oxide nanoparticles are likely to undergo dehydration condensation, so R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or An alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable, and a methyl group or an ethyl group is more preferable.

前記一般式(II)において、Lは2価の連結基である。Lにおける2価の連結基としては、前記ポリマー鎖の主鎖の片末端の炭素原子と、前記一般式(II)中のケイ素原子とを連結可能であれば、特に制限はないが、焼成処理後の有機成分の残留量を低減する点から、エーテル基(-O-基)、チオエーテル基(-S-基)、-COO-基、及びこれらの基から選ばれる少なくとも1種と、2価の炭化水素基との組み合わせが好ましく、更に、当該2価の炭化水素基の炭素数は、1以上10以下であることが好ましい。連鎖移動法により前記高分子化合物を容易に合成できる点からは、Lは、更に、-O-RL1-S-で表される2価の基であって、RL1が2価の炭化水素基であることが好ましい。RL1における2価の炭化水素基としては、アルキレン基、アリーレン基、及びこれらの組み合わせが好ましく、直鎖又は分岐アルキレン基がより好ましい。焼成処理後の有機成分の残留量を低減する点から、RL1における2価の炭化水素基は、更に、炭素数が1以上10以下であることが好ましく、1以上6以下であることがより好ましい。 In the general formula (II), L2 is a divalent linking group. The divalent linking group for L 2 is not particularly limited as long as it can link the carbon atom at one end of the main chain of the polymer chain with the silicon atom in the general formula (II). At least one selected from an ether group (-O- group), a thioether group (-S- group), a -COO- group, and these groups from the viewpoint of reducing the amount of residual organic components after treatment; A combination with a divalent hydrocarbon group is preferred, and the number of carbon atoms in the divalent hydrocarbon group is preferably 1 or more and 10 or less. From the viewpoint that the polymer compound can be easily synthesized by a chain transfer method, L 2 is further a divalent group represented by —OR L1 —S—, wherein R L1 is a divalent carbonized group. A hydrogen group is preferred. The divalent hydrocarbon group for R L1 is preferably an alkylene group, an arylene group, or a combination thereof, more preferably a linear or branched alkylene group. From the viewpoint of reducing the amount of organic components remaining after the firing treatment, the divalent hydrocarbon group in R L1 preferably has 1 or more and 10 or less carbon atoms, more preferably 1 or more and 6 or less. preferable.

前記一般式(II)において、mは1以上3以下の整数であり、分散性、分散安定性の点、及び金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点から、2又は3であることが好ましく、3であることがより好ましい。 In the general formula (II), m is an integer of 1 or more and 3 or less, and is preferably 2 or 3 in terms of dispersibility, dispersion stability, and suppression of sedimentation of metal oxide nanoparticles. , 3 are more preferred.

前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基は、例えば、前記高分子化合物を連鎖移動法により製造する場合は、連鎖移動剤により前記ポリマー鎖の主鎖の片末端に導入することができる。
前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を誘導する連鎖移動剤としては、例えば、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2-メルカプトエチルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン等が挙げられる。
For example, when the polymer compound is produced by a chain transfer method, the hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) is introduced to one end of the main chain of the polymer chain using a chain transfer agent. can be done.
Examples of chain transfer agents that induce hydrolyzable silyl groups represented by general formula (II) include 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyldimethylmethoxysilane and the like.

前記高分子化合物の重量平均分子量Mwは、金属酸化物ナノ粒子の分散性、分散安定性の点、金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点、及び焼成処理後の有機成分の残留量を低減する点から、1000以上10000以下であることが好ましく、更に、分散性を向上する点から、1500以上8000以下であることがより好ましく、2000以上4000以下であることがより更に好ましい。 The weight-average molecular weight Mw of the polymer compound improves the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles, suppresses sedimentation of the metal oxide nanoparticles, and reduces the residual amount of the organic component after the baking treatment. It is preferably 1,000 or more and 10,000 or less from the viewpoint of dispersibility, more preferably 1,500 or more and 8,000 or less, and even more preferably 2,000 or more and 4,000 or less from the viewpoint of improving dispersibility.

また、前記高分子化合物の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分散度(Mw/Mn)は、金属酸化物ナノ粒子の分散性、分散安定性の点から、1.0以上3.0以下であることが好ましく、1.1以上2.5以下であることがより好ましく、1.2以上2.0以下であることがより更に好ましい。 Further, the molecular weight dispersity (Mw/Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the polymer compound, is the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles. It is preferably 1.0 or more and 3.0 or less, more preferably 1.1 or more and 2.5 or less, and even more preferably 1.2 or more and 2.0 or less.

なお、重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定される値である。測定は、東ソー社製のHLC-8120GPCを用い、溶出溶媒を0.01モル/リットルの臭化リチウムを添加したN-メチルピロリドンとし、校正曲線用ポリスチレンスタンダードをMw377400、210500、96000、50400、20650、10850、5460、2930、1300、580(以上、Polymer Laboratories社製 Easi PS-2シリーズ)及びMw1090000(東ソー社製)とし、測定カラムをTSK-GEL ALPHA-M×2本(東ソー社製)として行われる。 The weight average molecular weight Mw and number average molecular weight Mn are values measured by GPC (gel permeation chromatography). The measurement was carried out using Tosoh's HLC-8120GPC, the elution solvent was N-methylpyrrolidone to which 0.01 mol/liter of lithium bromide was added, and the polystyrene standard for the calibration curve was Mw 377400, 210500, 96000, 50400, 20650. , 10850, 5460, 2930, 1300, 580 (Easi PS-2 series manufactured by Polymer Laboratories) and Mw 1090000 (manufactured by Tosoh Corporation), and the measurement column is TSK-GEL ALPHA-M × 2 (manufactured by Tosoh Corporation). done.

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体において、前記分散剤の含有量は、金属酸化物ナノ粒子の分散性、分散安定性の点、及び金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制する点から、前記金属酸化物ナノ粒子100質量部に対して、通常、1質量部以上100質量部以下の範囲であり、5質量部以上70質量部以下であることが好ましく、10質量部以上50質量部以下であることがより好ましい。
なお、前記分散剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
In the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention, the content of the dispersing agent is determined from the viewpoint of the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles, and from the viewpoint of suppressing sedimentation of the metal oxide nanoparticles. , With respect to 100 parts by mass of the metal oxide nanoparticles, it is usually in the range of 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less, preferably 5 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, and 10 parts by mass or more and 50 parts by mass The following are more preferable.
In addition, the said dispersing agent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

(分散剤の製造方法)
本発明に用いられる前記分散剤の製造方法は特に限定はされず、例えば、リビングラジカル重合、リビングアニオン重合、リビングカチオン重合等のリビング重合法、又は連鎖移動法等により製造することができる。中でも、連鎖移動法は、簡便な合成法であり、工業化の観点から好ましく、また、末端の反応制御及び分子量の制御が容易な点から好ましい。
(Manufacturing method of dispersant)
The method for producing the dispersant used in the present invention is not particularly limited, and for example, it can be produced by a living polymerization method such as living radical polymerization, living anionic polymerization, or living cationic polymerization, or a chain transfer method. Among them, the chain transfer method is a simple synthesis method, is preferable from the viewpoint of industrialization, and is preferable from the point that terminal reaction control and molecular weight control are easy.

連鎖移動法により前記分散剤を製造する方法としては、例えば、前記ポリマー鎖の各構成単位を誘導する単量体、すなわち、下記一般式(I’)で表される単量体、及び本発明の効果を損なわない範囲で含まれる、下記一般式(I’)で表される単量体とは異なるその他の単量体を、下記一般式(II’)で表される連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させる方法が挙げられる。 As a method for producing the dispersant by a chain transfer method, for example, a monomer that induces each structural unit of the polymer chain, that is, a monomer represented by the following general formula (I'), and the present invention Other monomers different from the monomer represented by the following general formula (I') contained within a range that does not impair the effect of the chain transfer agent represented by the following general formula (II') and a method of radical polymerization under the conditions.

Figure 0007180282000008
(一般式(I’)中のR、L及びRは、前記一般式(I)と同様である。)
Figure 0007180282000008
(R 1 , L 1 and R 2 in general formula (I′) are the same as in general formula (I).)

Figure 0007180282000009
(一般式(II’)中のR、R、及びmは前記一般式(II)と同様であり、RL1は2価の炭化水素基を表す。)
Figure 0007180282000009
(R 3 , R 4 and m in general formula (II′) are the same as in general formula (II) above, and R L1 represents a divalent hydrocarbon group.)

前記一般式(II’)中のRL1における2価の炭化水素基は、前記一般式(II)で説明したRL1における2価の炭化水素基と同様である。 The divalent hydrocarbon group for R 1 L1 in general formula (II′) is the same as the divalent hydrocarbon group for R 1 L1 described in general formula (II).

前記一般式(I’)で表される単量体としては、例えば、前述した前記一般式(I)で表される構成単位を誘導する単量体と同様のものを挙げることができ、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
前記一般式(II’)で表される連鎖移動剤としては、例えば、前述した前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を誘導する連鎖移動剤と同様のものを挙げることができ、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
前記一般式(I’)で表される単量体とは異なるその他の単量体としては、例えば、下記一般式(III’)で表される単量体を挙げることができる。
Examples of the monomer represented by the general formula (I′) include those similar to the monomers that induce the structural unit represented by the general formula (I) described above. The species can be used alone or in combination of two or more.
Examples of the chain transfer agent represented by the general formula (II′) include those similar to the chain transfer agent that induces the hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) described above. It can be used singly or in combination of two or more.
Examples of other monomers different from the monomer represented by the general formula (I') include monomers represented by the following general formula (III').

Figure 0007180282000010
(一般式(III’)中のR、L及びRは、前記一般式(III)と同様である。)
Figure 0007180282000010
(R 5 , L 3 and R 6 in general formula (III′) are the same as in general formula (III).)

前記一般式(III’)で表される単量体としては、例えば、前述した前記一般式(III)で表される構成単位を誘導する単量体と同様のものを挙げることができ、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。 As the monomer represented by the general formula (III′), for example, the same monomers as those that induce the structural unit represented by the general formula (III) can be mentioned. The species can be used alone or in combination of two or more.

前記分散剤を製造する際の前記一般式(II’)で表される連鎖移動剤の添加量は、特に限定はされないが、単量体の合計100質量部に対し、0.1質量部以上10質量部以下とすることが、末端の反応及び分子量を制御しやすい点から好ましい。 The addition amount of the chain transfer agent represented by the general formula (II′) when producing the dispersant is not particularly limited, but is 0.1 parts by mass or more with respect to the total 100 parts by mass of the monomers. The content of 10 parts by mass or less is preferable from the viewpoint of facilitating control of terminal reaction and molecular weight.

前記ポリマー鎖の各構成単位を誘導する単量体を、下記一般式(II’)で表される連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させる際は、重合開始剤を用いることが好ましい。前記重合開始剤としては、公知のものを適宜選択して用いることができ、特に限定はされないが、例えば、α,α’-アゾビスイソブチロニトリル、アゾイソ酪酸メチル、アゾビスジメチルバレロニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、ベンゾフェノン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ベンゾケトン誘導体、フェニルチオエーテル誘導体、アジド誘導体、ジアゾ誘導体、ジスルフィド誘導体等が挙げられる。
これらの重合開始剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
A polymerization initiator is preferably used when radically polymerizing the monomers from which each structural unit of the polymer chain is derived in the presence of a chain transfer agent represented by the following general formula (II′). As the polymerization initiator, a known one can be appropriately selected and used, and is not particularly limited. Examples include α,α'-azobisisobutyronitrile, methyl azoisobutyrate, azobisdimethylvaleronitrile, benzoyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, benzophenone derivatives, phosphine oxide derivatives, benzoketone derivatives, phenylthioether derivatives, azide derivatives, diazo derivatives, disulfide derivatives and the like.
These polymerization initiators can be used singly or in combination of two or more.

前記重合開始剤の添加量は、前記ポリマー鎖の主鎖の片末端にのみ、前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を導入することが容易な点から、前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を誘導する連鎖移動剤100質量部に対し、50質量以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましく、30質量部以下であることがより更に好ましい。一方、反応性の観点から、前記重合開始剤の添加量は、前記単量体の合計100質量部に対し、0.01質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることがより更に好ましい。 The amount of the polymerization initiator to be added is such that it is easy to introduce the hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) only at one end of the main chain of the polymer chain, so that the general formula ( It is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 40 parts by mass or less, and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the chain transfer agent that induces the hydrolyzable silyl group represented by II). is even more preferred. On the other hand, from the viewpoint of reactivity, the amount of the polymerization initiator added is preferably 0.01 parts by mass or more, and is 0.1 parts by mass or more with respect to the total 100 parts by mass of the monomers. is more preferable, and 0.5 parts by mass or more is even more preferable.

前記ラジカル重合させる方法としては、公知の重合法を用いることができ、特に限定はされないが、例えば、溶液重合法を用いることができる。溶液重合法により得られる分散剤溶液は、そのまま本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体の調製に用いることができる。
前記ラジカル重合させる方法として溶液重合法を用いる場合は、例えば、前記一般式(I’)で表される単量体、及び本発明の効果を損なわない範囲で含まれる前記その他の単量体、前記一般式(II’)で表される連鎖移動剤、及び前記重合開始剤を、溶剤に添加し、撹拌して反応させる方法により、前記高分子化合物を得ることができる。当該方法は、単量体に対する開始ラジカルの発生量と連鎖移動剤量が一定になるため、分子量を安定化しやすい点から好ましい。なお、当該方法において、単量体、連鎖移動剤及び重合開始剤は、各々別に溶剤に添加してもよいし、これらを予め混合した混合物を溶剤に添加してもよい。
As a method for the radical polymerization, a known polymerization method can be used, and there is no particular limitation. For example, a solution polymerization method can be used. The dispersant solution obtained by the solution polymerization method can be used as it is for preparing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention.
When a solution polymerization method is used as the radical polymerization method, for example, the monomer represented by the general formula (I′), and the other monomers contained within a range that does not impair the effects of the present invention, The polymer compound can be obtained by a method in which the chain transfer agent represented by the general formula (II′) and the polymerization initiator are added to a solvent and stirred to react. This method is preferable because the amount of initiation radicals generated and the amount of the chain transfer agent with respect to the monomer are constant, so that the molecular weight can be easily stabilized. In this method, the monomer, the chain transfer agent and the polymerization initiator may be added separately to the solvent, or a premixed mixture thereof may be added to the solvent.

前記溶剤としては、前記単量体及び前記連鎖移動剤を溶解可能なものを適宜選択して用いることができ、特に限定はされず、例えば、後述する有機溶剤と同様のものを挙げることができる。
また、前記溶剤の添加量は、特に限定はされないが、反応性の点及び取扱い性の点から、溶液中の固形分濃度が5質量%以上80質量%以下となるように調整することが好ましい。
なお、本発明において固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味し、液状のモノマー等も含まれる。
As the solvent, a solvent capable of dissolving the monomer and the chain transfer agent can be appropriately selected and used, and is not particularly limited. Examples thereof include the same organic solvents as described later. .
The amount of the solvent to be added is not particularly limited, but it is preferable to adjust the solid content concentration in the solution to 5% by mass or more and 80% by mass or less from the viewpoint of reactivity and handling. .
In the present invention, the solid content means all components other than the solvent, including liquid monomers and the like.

前記ラジカル重合させる際の雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることが好ましい。不活性ガスとしては、特に限定はされないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。 The atmosphere during the radical polymerization is preferably an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include, but are not limited to, nitrogen gas, argon gas, and the like.

また、前記ラジカル重合させる際の反応温度及び反応時間は、前記単量体及び前記連鎖移動剤の種類及び含有割合等に応じて適宜調整され、特に限定はされないが、反応温度は、例えば、60℃以上120℃以下の範囲内とすることが好ましく、反応時間は、例えば、30分以上12時間以内とすることが好ましい。
また、前記反応温度に調整した溶剤中に、単量体、連鎖移動剤及び重合開始剤を滴下して重合反応させる方法が好ましい。
In addition, the reaction temperature and reaction time during the radical polymerization are appropriately adjusted according to the type and content ratio of the monomer and the chain transfer agent, and are not particularly limited, but the reaction temperature is, for example, 60 C. to 120.degree. C., and the reaction time is preferably, for example, 30 minutes to 12 hours.
Further, a method of dropping a monomer, a chain transfer agent and a polymerization initiator into a solvent adjusted to the above reaction temperature to carry out a polymerization reaction is preferable.

<有機溶剤>
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体が含有する有機溶剤は、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。
<Organic solvent>
The organic solvent contained in the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention is not particularly limited as long as it does not react with the components in the dispersion and can dissolve or disperse them. Specifically, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, N-propyl alcohol and isopropyl alcohol; ether alcohols such as methoxy alcohol, ethoxy alcohol, methoxyethoxyethanol, ethoxyethoxyethanol and propylene glycol monomethyl ether; ethyl acetate; Esters such as butyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethyl lactate; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone; methoxyethyl acetate, methoxypropyl acetate, methoxybutyl Ether alcohol acetates such as acetate, ethoxyethyl acetate, ethyl cellosolve acetate, methoxyethoxyethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate; diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl Ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran; Aprotic amides such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; Lactones such as γ-butyrolactone; Benzene, toluene, xylene, naphthalene organic solvents such as saturated hydrocarbons such as n-heptane, n-hexane, and n-octane;

これらの中では、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;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;メトキシエチルアセテート、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、エ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などのエーテルアルコールアセテート系;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、プロピレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル系;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等を好適に用いることができる。
中でも、本発明に用いられる溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、酢酸エチル、メチルエチルケトン、トルエン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。
Among these are ketone series such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone; ether alcohol series such as propylene glycol monomethyl ether; methoxyethyl acetate, ethoxyethyl acetate, ethyl cellosolve acetate, methoxyethoxyethyl acetate, ethoxyethoxyethyl acetate, propylene Ether alcohol acetates such as glycol monomethyl ether acetate; Ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, propylene glycol diethyl ether; ethyl acetate, butyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl methoxypropionate, ethoxy Ester-based solvents such as ethyl propionate and ethyl lactate can be preferably used.
Among them, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl acetate, methyl ethyl ketone, toluene, or a mixture thereof is preferable as the solvent used in the present invention from the viewpoint of dissolving agent solubility and coating suitability.

本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体に含まれる有機溶剤の含有量は、分散体の各成分を均一に溶解又は分散することができるものであればよく、特に限定されない。本発明においては、該金属酸化物ナノ粒子分散体の固形分濃度が、5質量%以上70質量%以下であることが好ましく、7質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上30質量%以下であることがより更に好ましい。金属酸化物ナノ粒子分散体の固形分濃度が前記範囲内であることにより、塗布に適した粘度とすることができる。 The content of the organic solvent contained in the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse each component of the dispersion. In the present invention, the solid content concentration of the metal oxide nanoparticle dispersion is preferably 5% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 7% by mass or more and 50% by mass or less, and 10% by mass. % or more and 30% by mass or less is even more preferable. When the solid content concentration of the metal oxide nanoparticle dispersion is within the above range, a viscosity suitable for coating can be obtained.

<その他の成分>
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体には、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、消泡剤、ハジキ防止剤、酸化防止剤、凝集防止剤、紫外線吸収剤等の各種添加剤が挙げられる。
<Other ingredients>
The metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention may optionally contain other components within a range that does not impair the effects of the present invention.
Other components include, for example, complexing agents, protective colloids, reducing agents, surfactants for improving wettability, antifoaming agents, repelling inhibitors, antioxidants, anticoagulants, ultraviolet absorbers, and the like. Additives are included.

<焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体の製造方法>
本発明において、焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体の製造方法は、金属酸化物ナノ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、前記分散剤を前記有機溶媒に溶解又は分散させた分散剤溶液を調製した後、当該分散剤溶液に、金属酸化物ナノ粒子と、必要に応じてその他の成分を混合し、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、本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を調製することができる。
<Method for producing metal oxide nanoparticle dispersion for firing>
In the present invention, the method for producing the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering may be any method as long as the metal oxide nanoparticles can be well dispersed, and can be appropriately selected from conventionally known methods and used. Specifically, for example, after preparing a dispersant solution by dissolving or dispersing the dispersant in the organic solvent, the dispersant solution is mixed with metal oxide nanoparticles and, if necessary, other components. Then, by dispersing using a known stirrer, disperser, or the like, the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention can be prepared.

<焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体の用途>
本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、分散性及び分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が抑制され、焼成処理による有機成分の分解性が向上したものであることから、焼成による導電膜及び誘電体膜等の形成用途に好適に用いることができる。そのような導電膜及び誘電体膜としては、例えば、コンデンサ、固体電池、配線基板、導電膜、電極、光電変換半導体膜、各種センサー、液晶表示素子等の電子部品が備える導電膜及び誘電体膜を挙げることができる。本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、中でも、例えば、積層セラミックスコンデンサの誘電体、セラミックス固体電池等の酸化物系固体電解質膜の形成用途として好適に用いることができ、薄膜塗工が可能であることから、中でも、誘電体セラミックスシート(グリーンシート)の形成用途として好適に用いることができる。
<Use of metal oxide nanoparticle dispersion for firing>
The metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention is excellent in dispersibility and dispersion stability, suppresses sedimentation of the metal oxide nanoparticles, and improves the decomposability of organic components by firing treatment. , and can be suitably used for forming conductive films, dielectric films, and the like by firing. Such conductive films and dielectric films include, for example, capacitors, solid batteries, wiring boards, conductive films, electrodes, photoelectric conversion semiconductor films, various sensors, conductive films and dielectric films provided in electronic parts such as liquid crystal display elements. can be mentioned. Among them, the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention can be suitably used, for example, for forming oxide-based solid electrolyte films such as dielectrics of laminated ceramic capacitors and ceramic solid batteries. is possible, it can be preferably used for forming a dielectric ceramic sheet (green sheet).

[焼結膜の製造方法]
本発明に係る焼結膜の製造方法は、前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ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ことを特徴とする。
[Method for producing sintered film]
The method for producing a sintered film according to the present invention includes a step of applying a composition containing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention on a substrate to form a coating film, and and a step of firing.

本発明の製造方法により製造される焼結膜は、前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を用いることにより、金属酸化物ナノ粒子の凝集や偏りが低減され、有機成分の残留量が低減された高品質な焼結膜である。
なお、本発明において、前記塗膜は、支持体となる基材上に形成されるものであり、連続層だけでなく、島状に離散した不連続層であっても良い。基材上に形成された塗膜を焼成処理する際には、当該塗膜を基材から剥離して又は剥離せずに、焼成処理を行うことができる。例えば、誘電体セラミックスシート(グリーンシート)の製造においては、基材として離型フィルムを用い、離型フィルムから剥離して得られるシート状の塗膜を積層して積層体を得て、当該積層体を焼結させる方法が好ましい。
塗膜を基材から剥離せずに焼成処理を行う場合、基材上に形成された焼結膜は、基材から剥離して又は剥離せずに、所望の用途に用いることができる。
In the sintered film produced by the production method of the present invention, by using the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention, the aggregation and unevenness of the metal oxide nanoparticles are reduced, and the residual amount of the organic component is is a high-quality sintered film with reduced
In addition, in the present invention, the coating film is formed on a base material that serves as a support, and may be not only a continuous layer but also a discontinuous layer that is dispersed like islands. When baking a coating film formed on a substrate, the baking treatment can be performed with or without peeling the coating film from the substrate. For example, in the production of a dielectric ceramic sheet (green sheet), a release film is used as a base material, and a sheet-like coating film obtained by peeling from the release film is laminated to obtain a laminate, and the laminate is obtained. A method of sintering the body is preferred.
When the coating film is fired without being peeled off from the substrate, the sintered film formed on the substrate can be used for desired applications with or without peeling off from the substrate.

本発明に係る焼結膜の製造方法に用いられる前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を含む組成物は、少なくとも前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を含み、本発明の効果を損なわない範囲において、更に、焼成用バインダー樹脂、及びその他の成分を含有していても良い。
本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体については、前述した通りであるので、ここでの説明を省略する。
The composition containing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention used in the method for producing a sintered film according to the present invention contains at least the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention, A baking binder resin and other components may be further contained within a range that does not impair the effects of the present invention.
Since the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering according to the present invention is as described above, the description is omitted here.

前記焼成用バインダー樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル(共)重合体が挙げられる。中でも、イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)ア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(メタ)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)ア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(メタ)アクリル共重合体が更に好ましい。 Examples of the baking binder resin include (meth)acrylic (co)polymers. Among them, a (meth)acrylic (co)polymer obtained by polymerizing a monomer having a branched alkyl group such as isopropyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate as a polymerization component is preferable and dispersed. From the viewpoint of properties, a (meth)acrylic copolymer obtained by polymerizing a monomer having a branched alkyl group and a monomer having an acid value such as (meth)acrylic acid as polymerization components is more preferable.

前記その他の成分としては、例えば、本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体が含有していていもよいその他の成分と同様のものが挙げられ、用途に応じて適宜選択して用いられる。 Examples of the other components include those similar to the other components that may be contained in the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention, and are appropriately selected and used depending on the application.

本発明に係る焼結膜の製造方法に用いられる基材としては、特に限定されず、例えば、樹脂基材やガラス基材が挙げられる。焼結膜の支持体となる基材としては、ガラス基材が好適に用いられるが、前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、従来よりも低温で焼結が可能であるため、従来焼結膜に対しては適用が困難であった樹脂基材であっても好適に用いることができる。当該樹脂基材としては、中でも、耐熱性に優れた基材であること好ましく、具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。また、誘電体セラミックスシート(グリーンシート)の製造等、塗膜を基材から剥離した後に焼成処理を行う場合においては、前記基材として、離型フィルムを好ましく用いることができる。離型フィルムとしては、公知のものを用いることができ、例えば、離型処理が施された樹脂フィルムを用いることができ、市販品を使用しても良い。離型フィルムの市販品としては、例えば、離型PETフィルム(例えば、東洋紡(株)製、品番E7006等)を挙げることができる。
前記基材の形状は、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以上100mm以下程度のものとすることができる。
The substrate used in the method for producing a sintered film according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include resin substrates and glass substrates. A glass substrate is preferably used as a substrate that serves as a support for a sintered film, but the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention can be sintered at a lower temperature than before. Also, it is possible to suitably use resin substrates that have been difficult to apply to conventional sintered films. The resin base material is preferably a base material having excellent heat resistance, and specific examples thereof include polyimide resins and polyamide resins. Also, in the case of performing a firing treatment after peeling the coating film from the substrate, such as in the production of a dielectric ceramic sheet (green sheet), a release film can be preferably used as the substrate. As the release film, a known one can be used. For example, a release-treated resin film can be used, and a commercially available product may be used. Commercially available release films include, for example, release PET films (eg, product number E7006 manufactured by Toyobo Co., Ltd.).
The shape of the substrate may be appropriately selected depending on the application, and may be flat or curved. When using a flat substrate, the thickness of the substrate may be appropriately set according to the application, and may be, for example, about 25 μm or more and 100 mm or less.

前記本発明に係る焼成用金属酸化物ナノ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際の塗布方法としては、従来公知の方法を適宜選択すればよい。例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、スプレーコート、ダイコート、スピンコート、コンマコート、バーコート、ナイフコート、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、ディスペンサ印刷等の方法が挙げられる。中でも、微細なパターニングを行うことができる点から、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、及びインクジェット印刷が好ましい。特に、本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、分散性に優れているため、インクジェットの吐出ノズルにつまりが生じたり、吐出曲がりが生じたりし難いため、インクジェット印刷に適している。 As a coating method for forming a coating film by coating the composition containing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to the present invention on a substrate, a conventionally known method may be appropriately selected. For example, methods such as gravure printing, screen printing, spray coating, die coating, spin coating, comma coating, bar coating, knife coating, offset printing, flexographic printing, inkjet printing, and dispenser printing can be used. Among them, gravure printing, flexographic printing, screen printing, and inkjet printing are preferable because fine patterning can be performed. In particular, the metal oxide nanoparticle dispersion for sintering of the present invention is excellent in dispersibility, and is therefore suitable for inkjet printing because it hardly causes clogging of ejection nozzles or bending of ejection.

得られた塗膜は、従来公知の方法で乾燥してもよい。乾燥後の膜厚は、用途に応じて適宜調整すればよいものであるが、通常、0.01μm以上100μm以下の範囲であり、好ましくは、0.1μm以上50μm以下である。 The resulting coating film may be dried by a conventionally known method. The thickness of the film after drying may be appropriately adjusted depending on the application, but is usually in the range of 0.01 μm to 100 μm, preferably 0.1 μm to 50 μm.

得られた塗膜を焼成処理する工程において、焼成方法としては、従来公知の焼成方法を用いればよく、特に限定はされない。例えば、金属酸化物ナノ粒子同士が焼成する温度に昇温する方法や、マイクロ波エネルギーの印加により発生する表面波プラズマによる方法等が挙げられる。
焼成温度は、塗膜が含有する金属酸化物ナノ粒子、分散剤及びその他の成分の種類に応じて適宜調整され、特に限定はされないが、通常、300℃以上600℃以下の範囲であり、好ましくは、350℃以上500℃以下の範囲である。
また、前記分散剤が有する前記一般式(I)で表される構成単位において、前記一般式(I)中のLが-COO-基、Rが-CH-R21で表される1価の基を表し、前記R21が水素原子又はアルキル基である場合は、前記分散剤が分解性に優れることから、不活性雰囲気下でも残留有機分を残ざず焼成することができる。
In the step of baking the obtained coating film, a conventionally known baking method may be used as the baking method, and is not particularly limited. Examples thereof include a method of raising the temperature to a temperature at which metal oxide nanoparticles are fired together, a method of using surface wave plasma generated by applying microwave energy, and the like.
The firing temperature is appropriately adjusted according to the types of metal oxide nanoparticles, dispersant and other components contained in the coating film, and is not particularly limited, but is usually in the range of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and is preferable. is in the range of 350° C. or more and 500° C. or less.
In addition, in the structural unit represented by the general formula (I) that the dispersant has, L 1 in the general formula (I) is --COO-- and R 2 is --CH 2 --R 21 . Representing a monovalent group, when R 21 is a hydrogen atom or an alkyl group, the dispersing agent has excellent decomposability and can be fired without leaving any residual organic matter even under an inert atmosphere.

本発明の製造方法により得られる焼結膜の用途は特に限定はされず、例えば、前述した本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体と同様の用途に好適に用いることができる。 The use of the sintered film obtained by the production method of the present invention is not particularly limited.

以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
なお、以下において、重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnは、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。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. These descriptions do not limit the invention.
In the following, the weight average molecular weight Mw and number average molecular weight Mn were confirmed by GPC (gel permeation chromatography) under the conditions of N-methylpyrrolidone, 0.01 mol/L lithium bromide addition/polystyrene standard.

(合成例1:分散剤SiP01溶液の合成)
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、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)80質量部を仕込み、窒素雰囲気下で90℃に昇温した後、モノマーとしてイソブチルメタクリレート(iBMA)56.67質量部、開始剤としてα,α’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.57質量部、及び連鎖移動剤として3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業製、製品名KBM-803)2.27質量部を含む混合物を1.5時間かけて連続的に滴下した。
その後、合成温度を3時間保持し、115℃に昇温してさらに15分加熱することで、固形分40質量%の分散剤SiP01溶液を得た。得られた分散剤SiP01は、重量平均分子量Mwが7335、数平均分子量Mnが5166、分子量分散度(Mw/Mn)が1.42であった。
(Synthesis Example 1: Synthesis of dispersant SiP01 solution)
A reactor equipped with a cooling tube, an addition funnel, a nitrogen inlet, a mechanical stirrer, and a digital thermometer was charged with 80 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) as a solvent, and heated to 90°C under a nitrogen atmosphere. After that, 56.67 parts by mass of isobutyl methacrylate (iBMA) as a monomer, 0.57 parts by mass of α,α'-azobisisobutyronitrile (AIBN) as an initiator, and 3-mercaptopropyltrimethoxy as a chain transfer agent A mixture containing 2.27 parts by mass of silane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name KBM-803) was continuously added dropwise over 1.5 hours.
Thereafter, the synthesis temperature was maintained for 3 hours, the temperature was raised to 115° C., and the mixture was further heated for 15 minutes to obtain a dispersant SiP01 solution having a solid content of 40% by mass. The resulting dispersant SiP01 had a weight average molecular weight Mw of 7335, a number average molecular weight Mn of 5166, and a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 1.42.

(合成例2~8:分散剤SiP02溶液~分散剤SiP08溶液の合成)
合成例1において、連鎖移動剤の種類及び配合量と、モノマーの種類を、表1のように変更した以外は、合成例1と同様にして、分散剤SiP02溶液~分散剤SiP08溶液を得た。得られた各分散剤の重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn及び分子量分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Examples 2 to 8: Synthesis of dispersant SiP02 solution to dispersant SiP08 solution)
Dispersant SiP02 solution to dispersant SiP08 solution were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the type and amount of the chain transfer agent and the type of monomer were changed as shown in Table 1. . Table 1 shows the weight average molecular weight Mw, number average molecular weight Mn and molecular weight dispersity (Mw/Mn) of each dispersant obtained.

また、合成例1~8で得られた各分散剤の構造をH-NMRにより確認した結果、各々下記化学式(1)~(8)で表される高分子化合物であることを確認することができた。なお、下記化学式(1)~(8)において、n1~n8は各々繰り返し単位数を表す。 In addition, as a result of confirming the structure of each dispersant obtained in Synthesis Examples 1 to 8 by 1 H-NMR, it was confirmed that it was a polymer compound represented by the following chemical formulas (1) to (8). was made. In the following chemical formulas (1) to (8), n1 to n8 each represent the number of repeating units.

Figure 0007180282000011
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Figure 0007180282000012
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なお、表1中の略称は以下の通りである。
KBM803:3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業製、製品名KBM-803)
iBMA:イソブチルメタクリレート
nBMA:n-ブチルメタクリレート
tBMA:tert-ブチルメタクリレート
2-EHMA:2-エチルヘキシルメタクリレート
iPMA:イソプロピルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
Abbreviations in Table 1 are as follows.
KBM803: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name KBM-803)
iBMA: isobutyl methacrylate nBMA: n-butyl methacrylate tBMA: tert-butyl methacrylate 2-EHMA: 2-ethylhexyl methacrylate iPMA: isopropyl methacrylate MMA: methyl methacrylate

(実施例1)
ガラス製規格瓶(No.4、容量37mL)に、ジルコニア(ZrO)粒子(第一稀元素化学工業製、製品名UEP-100、平均一次粒径30nm)を1.5質量部、合成例1で得られた分散剤SiP01溶液(固形分濃度40質量%)を1.1質量部(分散剤SiP01は0.45質量部)、溶媒として酢酸エチル12.4質量部を配合し、2mmのジルコニアビーズを15質量部投入し、ペイントシェーカー(浅田鉄工製)にて1時間プレ分散を行った。さらに0.1mmのジルコニアビーズに入れ替えて6時間本分散することで、焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体(粒子濃度10質量%)を作製した。
(Example 1)
1.5 parts by mass of zirconia (ZrO 2 ) particles (manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd., product name UEP-100, average primary particle size 30 nm) in a standard glass bottle (No. 4, capacity 37 mL), synthesis example 1.1 parts by mass of the dispersing agent SiP01 solution (solid content concentration 40% by mass) obtained in 1 (0.45 parts by mass of the dispersing agent SiP01), and 12.4 parts by mass of ethyl acetate as a solvent were blended. 15 parts by mass of zirconia beads were added and pre-dispersed for 1 hour with a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works). Furthermore, by replacing with zirconia beads of 0.1 mm and dispersing for 6 hours, a metal oxide nanoparticle dispersion for firing (particle concentration: 10% by mass) was produced.

(実施例2~13、比較例1~11)
実施例2~7及び比較例1~5は、実施例1において、分散剤SiP01溶液に代えて、合成例2~8で得た分散剤SiP02溶液~分散剤SiP08溶液又は表2に示す分散剤を各々用いて、分散剤の配合量が0.45質量部となるように分散剤の添加量を調整し、得られる分散体の粒子濃度が10質量%となるように、酢酸エチルの添加量を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例2~7の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体(粒子濃度10質量%)及び比較例1~5の比較分散体(粒子濃度10質量%)を作製した。
実施例8~13は、実施例1において、ジルコニア粒子に代えて、表2に示す金属酸化物ナノ粒子を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例8~13の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体(粒子濃度10質量%)を得た。
比較例6~11は、比較例1において、ジルコニア粒子に代えて、表2に示す金属酸化物ナノ粒子を用いた以外は、比較例1と同様にして、比較例6~11の比較分散体(粒子濃度10質量%)を得た。
(Examples 2 to 13, Comparative Examples 1 to 11)
In Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 5, instead of the dispersant SiP01 solution in Example 1, the dispersant SiP02 solution to the dispersant SiP08 solution obtained in Synthesis Examples 2 to 8 or the dispersant shown in Table 2 are used to adjust the amount of the dispersant added so that the amount of the dispersant is 0.45 parts by mass, and the amount of ethyl acetate added so that the particle concentration of the resulting dispersion is 10% by mass. In the same manner as in Example 1, except for adjusting the metal oxide nanoparticle dispersions for firing of Examples 2 to 7 (particle concentration 10% by mass) and the comparative dispersions of Comparative Examples 1 to 5 (particle concentration 10 mass %) was produced.
Examples 8 to 13 were prepared in the same manner as in Example 1, except that metal oxide nanoparticles shown in Table 2 were used instead of the zirconia particles in Example 1. Metals for firing of Examples 8 to 13 were prepared. An oxide nanoparticle dispersion (particle concentration 10% by weight) was obtained.
Comparative Examples 6 to 11 were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the metal oxide nanoparticles shown in Table 2 were used instead of the zirconia particles in Comparative Example 1. Comparative dispersions of Comparative Examples 6 to 11 were prepared. (particle concentration of 10% by mass) was obtained.

(評価)
<熱分解性評価>
各実施例及び各比較例で用いた分散剤の熱重量変化をTG-DTA(島津製作所製「DTG-60A」)にて測定した。測定温度30~600℃の条件で、約10mgの分散剤を大気下及び窒素雰囲気下で10℃/分で昇温し、加熱前の分散剤の重量を100%としたときに、分散剤の重量が95%減少したとき(残留している分散剤の重量が5%になったとき)の温度を、分散剤の分解温度とした。比較例4、5で用いた分散剤は、600℃まで昇温しても、残留している分散剤の重量が5%超過であったため、前記分解温度を測定することができなかった。
また、下記評価基準に従って、焼成後の分散剤の残留量を評価した。結果を表2に示す。
(焼成後残留量評価基準)
A:600℃まで昇温したときの分散剤の重量が、加熱前の分散剤の重量の0.1%以下であった。
B:600℃まで昇温したときの分散剤の重量が、加熱前の分散剤の重量の0.1%超過5%以下であった。
C:600℃まで昇温したときの分散剤の重量が、加熱前の分散剤の重量の5%超過10%以下であった。
D:600℃まで昇温したときの分散剤の重量が、加熱前の分散剤の重量の10%超過であった。
(evaluation)
<Thermal decomposition evaluation>
The thermogravimetric change of the dispersant used in each example and each comparative example was measured by TG-DTA (“DTG-60A” manufactured by Shimadzu Corporation). Under the conditions of a measurement temperature of 30 to 600 ° C., about 10 mg of the dispersant is heated at 10 ° C./min in the air and in a nitrogen atmosphere, and the weight of the dispersant before heating is 100%. The temperature at which the weight was reduced by 95% (5% by weight of dispersant remaining) was taken as the decomposition temperature of the dispersant. With respect to the dispersants used in Comparative Examples 4 and 5, the decomposition temperature could not be measured because the weight of the dispersants remaining exceeded 5% even after the temperature was raised to 600°C.
Also, the residual amount of the dispersant after firing was evaluated according to the following evaluation criteria. Table 2 shows the results.
(Residual amount evaluation criteria after firing)
A: The weight of the dispersant when heated to 600°C was 0.1% or less of the weight of the dispersant before heating.
B: The weight of the dispersant when the temperature was raised to 600°C was more than 0.1% and 5% or less of the weight of the dispersant before heating.
C: The weight of the dispersant when the temperature was raised to 600°C was more than 5% and not more than 10% of the weight of the dispersant before heating.
D: The weight of the dispersant when heated to 600°C exceeded the weight of the dispersant before heating by 10%.

<分散性評価>
各実施例で得られた焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体及び各比較例で得られた比較分散体において、金属酸化物ナノ粒子の分散粒径と粘度を測定した。分散粒径としては、マイクロトラックベル社製「ナノトラックUPA-EX150」を用いて平均粒径を測定した。粘度としては、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。なお、分散直後に溶剤相と沈降した金属酸化物ナノ粒子相とに相分離し、金属酸化物ナノ粒子を分散することができなかった比較例については、「相分離」と表記する。
<Dispersibility evaluation>
In the metal oxide nanoparticle dispersion for firing obtained in each example and the comparative dispersion obtained in each comparative example, the dispersed particle size and viscosity of the metal oxide nanoparticles were measured. As the dispersed particle size, the average particle size was measured using "Nanotrack UPA-EX150" manufactured by Microtrack Bell. As the viscosity, the shear viscosity was measured at a shear rate of 60 rpm using "Rheometer MCR301" manufactured by Anton Paar. Table 2 shows the results. A comparative example in which the solvent phase and the sedimented metal oxide nanoparticle phase were phase-separated immediately after dispersion and the metal oxide nanoparticles could not be dispersed is described as “phase separation”.

<沈降物評価>
各実施例で得られた焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体及び各比較例で得られた比較分散体を、室温(25℃)で1週間静置し、静置後の分散体中の沈降物を目視で観察し、下記評価基準に従って評価した。結果を表2に示す。なお、沈降物が少ないほど分散安定性に優れている。
(沈降物評価基準)
A:沈降物なし
B:沈降物あり
C:相分離
<Sediment evaluation>
The metal oxide nanoparticle dispersion for firing obtained in each example and the comparative dispersion obtained in each comparative example were allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 1 week, and the sedimentation in the dispersion after standing The object was visually observed and evaluated according to the following evaluation criteria. Table 2 shows the results. Incidentally, the smaller the amount of sediment, the better the dispersion stability.
(Sediment evaluation criteria)
A: No sediment B: With sediment C: Phase separation

Figure 0007180282000013
Figure 0007180282000013

なお、表2に示す各実施例及び各比較例で用いた金属酸化物ナノ粒子は以下の通りである。
ZrO:第一稀元素化学工業製、製品名UEP-100、平均一次粒径 30nm
Al:アルドリッチ社製、平均一次粒径 <50nm
TiO:テイカ製、銘柄MT-05、平均一次粒径 10nm
ITO:CIKナノテック製、平均一次粒径 30nm
CeO:アルドリッチ社製、平均一次粒径 <50nm
ZnO:アルドリッチ社製、平均一次粒径 <50nm
BaTiO:堺化学工業製、製品名BT-01、平均一次粒径 100nm
また、表2に示す比較例2~5で用いた分散剤は以下の通りである。
ビニルトリメトキシシラン:東京化成工業製
KBM503:3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業製、製品名KBM-503
BYK111:ビックケミー社製、製品名DISPERBYK-111、リン酸エステル系分散剤
プライサーフA208F:第一工業製薬製、リン酸エステル系分散剤
The metal oxide nanoparticles used in each example and each comparative example shown in Table 2 are as follows.
ZrO 2 : Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo, product name UEP-100, average primary particle size 30 nm
Al 2 O 3 : manufactured by Aldrich, average primary particle size <50 nm
TiO 2 : manufactured by Tayca, brand MT-05, average primary particle size 10 nm
ITO: manufactured by CIK Nanotech, average primary particle size 30 nm
CeO 2 : manufactured by Aldrich, average primary particle size <50 nm
ZnO: manufactured by Aldrich, average primary particle size <50 nm
BaTiO 3 : manufactured by Sakai Chemical Industry, product name BT-01, average primary particle size 100 nm
Further, the dispersants used in Comparative Examples 2 to 5 shown in Table 2 are as follows.
Vinyltrimethoxysilane: Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. KBM503: 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name KBM-503
BYK111: manufactured by BYK Chemie, product name DISPERBYK-111, phosphate ester dispersant Plysurf A208F: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku, phosphate ester dispersant

表2の結果から、分散剤として、前記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に前記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物を用いた実施例1~13の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体は、金属酸化物ナノ粒子の分散性及び分散安定性に優れ、金属酸化物ナノ粒子の沈降が無く、分散剤の分解温度が低く、加熱後に分散剤が残留しない又はほとんど残留しないものであり、焼成処理による有機成分の分解性が向上した焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体であることが明らかとなった。実施例1~13の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体では、ポリマー鎖末端の加水分解性シリル基が金属酸化物ナノ粒子表面と化学的に吸着し、ポリマー鎖同士が立体反発し合うことで、分散性及び分散安定性に優れていたと考えられる。中でも、実施例1~3、5、7~13は、分散剤が焼成処理後に完全分解するものであり、焼成処理による有機成分の分解性に優れており、また、分散剤の分解温度が低く、低温での焼結が可能なものであった。中でも、実施例1、2、5、8~13は、分散剤の分解温度が更に低く、より低温での焼結が可能なものであった。また、実施例1と実施例2との対比から、前記特定の分散剤として、重量平均分子量Mwが2000以上4000以下のものを用いると、金属酸化物ナノ粒子の分散粒径及び分散体の粘度より低下し、分散性がより向上することが明らかとなった。
比較例1、6~11は、分散剤として、前記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に、加水分解性シリル基に代えて、ドデシル基を有する高分子化合物を用いたため、金属酸化物ナノ粒子を分散することができず、金属酸化物ナノ粒子が沈降して相分離した。
比較例2、3は、分散剤として、低分子量のシランカップリング剤を用いたため、金属酸化物ナノ粒子を分散することができず、金属酸化物ナノ粒子が沈降して相分離した。比較例2、3では、分散剤の分子量が小さすぎるため、立体反発による金属酸化物ナノ粒子の沈降を抑制することができなかったか、シランカップリング剤同士の縮合反応によって凝集してしまったと考えられる。
比較例4、5は、分散剤として、リン酸エステル系分散剤を用いたため、経時で金属酸化物ナノ粒子の沈降物が生じた。リン酸エステル系分散剤は、リン酸基の吸着力が十分ではなく、また、低分子量であるためと考えられる。また、リン酸エステル系分散剤は、焼成処理をしてもリン酸基が分解されずに残留することから、焼成後に残留する有機成分の量が多くなる傾向があり、焼成用途には適しないことが明らかとなった。
From the results of Table 2, as a dispersant, a hydrolyzable silyl group represented by the general formula (II) is present at one end of the main chain of the polymer chain having the structural unit represented by the general formula (I). The metal oxide nanoparticle dispersions for firing of Examples 1 to 13 using a polymer compound are excellent in the dispersibility and dispersion stability of the metal oxide nanoparticles, there is no sedimentation of the metal oxide nanoparticles, and the dispersant The decomposition temperature of is low, the dispersant does not remain or hardly remains after heating, and the metal oxide nanoparticle dispersion for firing has improved decomposability of the organic component by firing treatment. In the metal oxide nanoparticle dispersions for firing of Examples 1 to 13, the hydrolyzable silyl groups at the ends of the polymer chains chemically adsorb to the surface of the metal oxide nanoparticles, and the polymer chains sterically repel each other. , the dispersibility and dispersion stability were excellent. Among them, in Examples 1 to 3, 5, and 7 to 13, the dispersant is completely decomposed after the calcination treatment, and the decomposition temperature of the dispersant is low. , sintering at low temperatures was possible. Among them, in Examples 1, 2, 5, 8 to 13, the decomposition temperature of the dispersant was even lower, and sintering at a lower temperature was possible. Further, from a comparison between Example 1 and Example 2, when the specific dispersant having a weight average molecular weight Mw of 2000 or more and 4000 or less is used, the dispersed particle size of the metal oxide nanoparticles and the viscosity of the dispersion It was found that the amount was further decreased and the dispersibility was further improved.
Comparative Examples 1 and 6 to 11 have a dodecyl group instead of a hydrolyzable silyl group at one end of the main chain of the polymer chain having the structural unit represented by the general formula (I) as a dispersant. Since the polymer compound was used, the metal oxide nanoparticles could not be dispersed, and the metal oxide nanoparticles precipitated and phase-separated.
In Comparative Examples 2 and 3, since a low-molecular-weight silane coupling agent was used as the dispersant, the metal oxide nanoparticles could not be dispersed, and the metal oxide nanoparticles precipitated and phase-separated. In Comparative Examples 2 and 3, because the molecular weight of the dispersant was too small, it was considered that the sedimentation of the metal oxide nanoparticles due to steric repulsion could not be suppressed, or that the silane coupling agents aggregated due to a condensation reaction between themselves. be done.
In Comparative Examples 4 and 5, a phosphoric acid ester-based dispersant was used as the dispersant, and sedimentation of metal oxide nanoparticles occurred over time. This is probably because the phosphoric acid ester-based dispersant does not have sufficient adsorptive power of the phosphate group and has a low molecular weight. In addition, phosphate ester-based dispersants are not suitable for firing because the phosphoric acid group remains without being decomposed even after firing, so the amount of organic components remaining after firing tends to increase. It became clear.

(実施例14~18)
実施例14~18では、積層セラミックスコンデンサ用途でセラミックス誘電体として好ましく用いられる、チタン酸バリウムの金属酸化物又はチタン酸ジルコン酸バリウムのナノ粒子を用い、粒子濃度を上げた焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を作製し、分散性を評価した。
実施例14~18は、実施例1において、ジルコニア粒子に代えて、表3に示すように、チタン酸バリウム粒子A(堺化学工業製、製品名BT-01、平均一次粒径100nm)、チタン酸バリウム粒子B(堺化学工業製、製品名KZM-50、平均一次粒径50nm)又はチタン酸ジルコン酸バリウム粒子(堺化学工業製、製品名BZT-01、平均一次粒径50nm)を用い、分散剤SiP01溶液1.1質量部に代えて、表3に示す分散剤の分散剤溶液を、分散剤の質量(D)と金属酸化物ナノ粒子の質量(P)の比(D/P)が表3に示す比率になる量で添加し、表3に示す粒子濃度となるように、酢酸エチルの添加量を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例14~18の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体を得た。
(Examples 14-18)
In Examples 14 to 18, metal oxide nanoparticles of barium titanate or barium zirconate titanate, which are preferably used as ceramic dielectrics in multilayer ceramic capacitor applications, were used, and metal oxide nanoparticles for firing with an increased particle concentration were used. Particle dispersions were prepared and evaluated for dispersibility.
In Examples 14 to 18, in place of the zirconia particles in Example 1, as shown in Table 3, barium titanate particles A (manufactured by Sakai Chemical Industry, product name BT-01, average primary particle size 100 nm), titanium Using barium acid particles B (manufactured by Sakai Chemical Industry, product name KZM-50, average primary particle diameter 50 nm) or barium zirconate titanate particles (manufactured by Sakai Chemical Industry, product name BZT-01, average primary particle diameter 50 nm), Instead of 1.1 parts by mass of the dispersant SiP01 solution, a dispersant solution of the dispersant shown in Table 3 was added to the ratio (D / P) of the mass (D) of the dispersant and the mass (P) of the metal oxide nanoparticles. Firing of Examples 14 to 18 in the same manner as in Example 1, except that the added amount of ethyl acetate was adjusted so that the particle concentration shown in Table 3 was obtained. A dispersion of metal oxide nanoparticles for

実施例14~18で得た焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体について、前記分散性評価及び前記沈降物評価と同様の評価を行った。結果を表3に示す。 The metal oxide nanoparticle dispersions for firing obtained in Examples 14 to 18 were evaluated in the same manner as the dispersibility evaluation and the sediment evaluation. Table 3 shows the results.

Figure 0007180282000014
Figure 0007180282000014

表3の結果から、前記特定の分散剤を用いる本発明の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体では、平均一次粒径が50nm又は100nmの金属酸価物ナノ粒子のいずれも60nm程度まで分散可能であり、金属酸化物ナノ粒子の濃度を50質量%まで増加させても、優れた分散性及び分散安定性を示すことが明らかとなった。 From the results of Table 3, in the metal oxide nanoparticle dispersion for firing of the present invention using the specific dispersant, both metal oxide nanoparticles having an average primary particle size of 50 nm or 100 nm can be dispersed up to about 60 nm. , and it was found that excellent dispersibility and dispersion stability are exhibited even when the concentration of the metal oxide nanoparticles is increased to 50% by mass.

Claims (4)

金属酸化物ナノ粒子と、分散剤と、有機溶剤とを含有し、
前記分散剤が、下記一般式(I)で表される構成単位を有するポリマー鎖の主鎖の片末端に下記一般式(II)で表される加水分解性シリル基を有する高分子化合物であり、
前記金属酸化物ナノ粒子の平均粒径が10nm以上200nm以下である、
焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体。
Figure 0007180282000015
(一般式(I)中、Rは水素原子又はメチル基、L-COO-基、R-CH -R 21 で表される1価の基を表し、前記R 21 が水素原子又は炭素数が1以上17以下のアルキル基を表す。)
Figure 0007180282000016
(一般式(II)中、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数が1以上8以下の炭化水素基、Lは、エーテル基(-O-基)、チオエーテル基(-S-基)、-COO-基、及びこれらの基から選ばれる少なくとも1種と、炭素数が1以上10以下の2価の炭化水素基との組み合わせを表し、mは1以上3以下の整数を表す。)
containing metal oxide nanoparticles, a dispersant, and an organic solvent,
The dispersant is a polymer compound having a hydrolyzable silyl group represented by the following general formula (II) at one end of the main chain of a polymer chain having a structural unit represented by the following general formula (I). the law of nature,
The average particle size of the metal oxide nanoparticles is 10 nm or more and 200 nm or less,
Metal oxide nanoparticle dispersion for sintering.
Figure 0007180282000015
(In general formula (I), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, L 1 is a —COO— group , R 2 is a monovalent group —CH 2 —R 21 , and R 21 is hydrogen represents an alkyl group having atoms or carbon atoms of 1 to 17. )
Figure 0007180282000016
(In general formula (II), R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms ; L 2 is an ether group (-O- group), a thioether group (- S— group), —COO— group, and a combination of at least one selected from these groups and a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and m is an integer of 1 to 3 represents.)
前記R21が分岐アルキル基である、請求項に記載の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体。 2. The metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to claim 1 , wherein said R21 is a branched alkyl group. 前記金属酸化物ナノ粒子が、少なくともその表面に、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化セリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を含む、請求項1又は2に記載の焼成用金属酸化物ナノ粒子分散体。 The metal oxide nanoparticles have, on at least their surface, zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, indium oxide, indium tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, barium titanate, barium zirconate, barium zirconate titanate and titanium. 3. The metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to claim 1 , comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of strontium oxide. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の焼成用金属酸化物ナノ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。 A step of applying a composition containing the metal oxide nanoparticle dispersion for firing according to any one of claims 1 to 3 on a substrate to form a coating film, and firing the coating film. A method for producing a sintered film, comprising:
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