金属铜分散液、其制备方法及其用图_3

文档序号:9712778阅读:来源:国知局
,可将金属铜颗 粒的浓度调节至10质量%以上,优选10-80质量%,更优选约20-约70质量%。
[0060] 在本发明的金属铜分散液中,金属铜颗粒充分分散,因此即使金属铜颗粒的浓度 高,分散液的粘度也可调节至较低的值。例如,分散液的粘度可优选调节至lOOmPa · s以下, 更优选l-30mPa · s,仍更优选l-20mPa · s。此外,当分散液中的金属铜颗粒浓度增大时,分 散液的粘度容易地增大。然而,即使当金属铜颗粒的浓度为15质量%以上时,可保持本发明 分散液的粘度。因此,本发明的分散液具有上文所述的低粘度和高浓度,且因此可适当地用 于喷墨印刷、喷涂等。出于上述原因,本发明金属铜分散液的优选实施方案如下:金属铜颗 粒的浓度为15质量%以上;金属铜颗粒具有l-130nm,优选10-120nm,更优选约20-100nm的 50%累积粒径(050),和10-30011111,优选40-25011111,更优选约60-20011111的90%累积粒径 (D90);所述分散液具有lOOmPa · s以下的粘度。
[0061] 当需要时,除金属铜颗粒、有机溶剂和聚合物分散剂之外,本发明的金属铜分散液 中可适当掺混有可固化树脂、增稠剂、增塑剂、抗真菌剂、表面活性剂、非表面活性型分散 剂、表面调节剂(流平剂)等。可固化树脂可进一步改善涂覆产品对基材的粘合性。作为可固 化树脂,可无限制地使用处于低极性和非水性溶剂中的溶解型树脂、乳液型树脂、胶态分散 型树脂等。此外,作为可固化树脂的树脂类型,可无限制地使用已知的蛋白质聚合物、丙烯 酸类聚合物、聚酯树脂、聚氨酯树脂、纤维素等。可固化树脂组分的掺混量优选为10质量份 以下,更优选为8质量份以下,仍更优选为5质量份以下,基于100质量份金属铜颗粒。作为表 面活性剂,优选阳离子表面活性剂,其为具有部分表面活性的化合物,其在水性溶剂中离解 从而显示出电正性。阳离子表面活性剂的实例包括:(1)季铵盐((a)脂族季铵盐(如[RN (CH3)3]+X-、[RR'N(CH3)2]+X-、[RR'R"N(CH3)]+X-和[RR'R"R",N]+X-:其中R、R'、R"和R" '表示 相同或不同的烷基;X表示卤原子如Cl、Br和I,且下文如上文所定义),和(b)芳族季铵盐(如 [R 3N(CH2Ar) ] +X-和[RR'N(CH2Ar)2] +X-:其中Ar表示芳基),和(c)杂环族季铵盐(例如吡啶镥 盐([C6H5N-R ] +X-)和咪唑啉镥盐([R-CN(CNR ' R")C2H4] +X-)),和(2)烷基胺盐(如RH2NY、RR ' HNY和RR ' R"NY:其中Y表示有机酸、无机酸等),且可使用它们中的一种,或者可使用它们中 的两种或更多种。具体地,脂族季铵盐包括辛基三甲基氯化铵、硬脂基三甲基氯化铵、鲸蜡 基三甲基氯化铵、鲸蜡基三甲基溴化铵、月桂基三甲基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、二硬 脂基二甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、三硬脂基甲基氯化铵、四辛基氯化铵等。芳族季铵 盐包括癸基二甲基苄基氯化铵、月桂基二甲基苄基氯化铵、硬脂基二甲基苄基氯化铵、苄索 氯铵等。杂环族季铵盐包括鲸蜡基氯化吡啶鎖·、烷基溴化异喹啉爾等。烷基胺盐包括用盐 酸、硝酸和硫酸等无机酸或乙酸等羧酸中和的辛胺、癸胺、月桂基胺、硬脂基胺、椰油胺、二 辛基胺、二硬脂基胺、三辛基胺、三硬脂基胺和二辛基甲基胺的中和产物。或者,可使用通过 使金属铜颗粒表面上的巯基羧酸和/或其盐与烷基胺反应而获得的中和产物作为烷基胺 盐。在季铵盐中,特别优选具有一个具有8以上碳原子数的烷基或者苄基的那些,且该类季 铵盐包括硬脂基三甲基氯化铵(烷基的碳原子数:18)、辛基三甲基氯化铵(烷基的碳原子 数:8)、月桂基三甲基氯化铵(烷基的碳原子数:12)、鲸蜡基三甲基氯化铵(烷基的碳原子 数:16)、鲸蜡基三甲基溴化铵(烷基的碳原子数:16)、四辛基溴化铵(烷基的碳原子数:8)、 二甲基十四烷基苄基氯化铵(烷基的碳原子数:14)、二硬脂基二甲基苄基氯化铵(烷基的碳 原子数:18)、硬脂基二甲基苄基氯化铵(烷基的碳原子数:18)和苯扎氯铵(烷基的碳原子 数:12-18)。此外,在烷基胺盐的烷基胺中,优选具有至少一个具有8以上碳原子数的那些, 该类烷基胺包括辛胺(烷基的碳原子数:8)、月桂基胺(烷基的碳原子数:12)、硬脂基胺(烷 基的碳原子数:18)、二辛基胺(烷基的碳原子数:8)、二月桂基胺(烷基的碳原子数:12)、二 硬脂基胺(烷基的碳原子数:18)、三辛基胺(烷基的碳原子数:8)和三月桂基胺(烷基的碳原 子数:12)。此外,表面调节剂调节有机溶剂分散体的表面张力以防止收缩和缩孔等缺陷,且 表面调节剂包括丙烯酸类表面调节剂、乙烯基表面调节剂、硅氧烷表面调节剂、氟表面调节 剂等。表面活性剂的添加量和表面调节剂的用量可适当调节,例如该量优选为2.0质量份以 下,更优选为〇. 2质量份以下,基于100质量份金属铜颗粒。
[0062] 其次,本发明为一种制备金属铜分散液的方法,包括:在明胶存在下在水性溶剂中 还原铜氧化物;随后实施固液分离;随后将通过固液分离获得的在其表面上具有明胶的金 属铜颗粒与聚合物分散剂在有机溶剂中混合,其中聚合物分散剂具有10-150mg KOH/g的胺 值,且金属铜颗粒具有l_130nm的50%累积粒径(D50)和10-300nm的90%累积粒径(D90) 〇
[0063] 首先,当使用明胶作为保护性胶体且铜氧化物和还原剂进一步在其存在下在水性 溶剂中混合并还原时,制得了在其表面上具有明胶的金属铜颗粒。通过使用明胶,明胶存在 于制得的金属铜颗粒的表面上,从而使得水性溶剂中金属铜颗粒的凝集量可能小,且可制 得具有良好分散性的金属铜颗粒。优选具有〇以下的胺值与酸值之差(胺值-酸值)的明胶, 更优选具有-50至0的胺值与酸值之差的明胶。优选将所用明胶的量设定为1-100质量份(基 于100质量份铜氧化物),这是因为制得的铜颗粒分散体易于稳定化,更优选2-50质量份的 范围,仍更优选3-15质量份的范围。优选使用二价铜氧化物作为所述铜氧化物。"二价铜氧 化物"是其中铜的价态为二价(Cu 2+)的铜氧化物,且包括氧化铜(II)、氢氧化铜(II)及其混 合物。铜氧化物可适当地包含其他金属、金属化合物和非金属化合物等杂质。
[0064] 作为还原剂,优选使用具有强还原能力的还原剂以使得在还原反应期间不产生 和/或残留单价铜氧化物。其实例包括肼和肼类化合物,包括肼盐酸盐、肼硫酸盐和肼水合 物等肼类还原剂;硼氢化钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、亚硝酸钠、次亚硝酸钠(次 亞硝酸);亚磷酸及其盐,如亚磷酸钠;和次磷酸及其盐,如次磷酸钠。可使用这些中 的一种,或者可使用其中的两种或更多种。特别地,肼类还原剂具有强还原能力,且是优选 的。还原剂的用量可适当地设定,只要该量为能由铜氧化物制得铜颗粒的量,优选还原剂的 用量为0.2-5mol,基于铜氧化物中所含的lmol铜。原因是可避免如下问题:当还原剂的量小 于该范围时,由于反应难以进行而不能充分制得金属铜颗粒;和当还原剂的量大于该范围 时,由于反应进行过度而难以获得所需的铜颗粒。还原剂的更优选用量为0.3-2mol。
[0065] 所述水性溶剂为包含水的溶剂,其实例包括水,以及水与醇等有机溶剂的混合物。 就工业角度而言,优选使用水性介质。反应温度优选为l〇°C至所用介质的沸点,因为反应容 易进行。反应温度更优选为40-95°C,因为能获得细金属铜颗粒。反应温度仍更优选为60-95 °C,特别优选为80-95°C。优选事先用酸或碱将反应液体的pH调节至3-12,因为可防止铜氧 化物的沉淀,从而使得反应均匀进行。反应时间可通过控制还原剂等原料的添加时间等而 设定。例如,约10分钟至6小时的反应时间是合适的。
[0066] 此外,还原时需要的话,还可使用配位剂。据认为需要时所用的配位剂在由铜氧化 物溶出铜离子的过程中或者在铜氧化物还原以制备金属铜的过程中起作用。配位剂意指能 通过将该配位剂中所含配体中的给体原子与铜离子或金属铜偶合而形成铜配位化合物的 化合物,给体原子的实例包括氮、氧、硫等。具体地,
[0067] (1)具有氮作为给体原子的配位剂包括(a)胺(例如丁胺、乙胺、丙胺和乙二胺等伯 胺;二丁胺、二乙胺、二丙胺等仲胺,和哌啶和吡咯烷等亚胺;三丁胺、三乙胺和三丙胺等叔 胺;以及在二亚乙基三胺或三亚乙基四胺的一个分子中具有两种或更多种伯至叔胺的那 些),(b)含氮杂环化合物(例如咪唑、吡啶和联吡啶),(c)腈(例如乙腈和苄腈)和氰化物, (d)氨和铵化合物(例如氯化铵和硫酸铵),(e)肟类等。
[0068] (2)具有氧作为给体原子的配位剂包括(a)羧酸(例如柠檬酸、苹果酸、酒石酸和乳 酸等羟基羧酸;乙酸和甲酸等单羧酸;草酸和丙二酸等二羧酸;和苯甲酸等芳族羧酸,(b)酮 (例如丙酮等单酮,以及乙酰丙酮和苯甲酰丙酮等二酮),(c)醛,(d)醇(如一元醇、二醇和甘 油类),(e)醌类,(f)醚,(g)磷酸(正磷酸)和磷酸类化合物(例如六偏磷酸、焦磷酸、亚磷酸 和次磷酸),(h)磺酸或磺酸类化合物等。
[0069] (3)具有硫作为给体原子的配位剂包括(a)脂族硫醇(例如甲硫醇、乙硫醇、丙硫 醇、异丙硫醇、正丁硫醇、烯丙基硫醇和二甲基硫醇),(b)脂环族硫醇(例如环己基硫醇), (c)芳族硫醇(例如苯硫酚),(d)硫代酮,(e)硫醚,(f)聚硫醇,(g)硫代碳酸(三硫代碳酸), (h)含硫杂环化合物(例如二硫酚、噻吩和噻喃),(i)硫氰酸酯和异硫氰酸酯,(j)无机硫化 合物(例如硫化钠、硫化钾和硫化氢)等。
[0070] (4)具有两个或更多个给体原子的配位剂包括(a)氨基酸(给体原子为氮和氧:例 如甘氨酸和丙氨酸等中性氨基酸,组氨酸和精氨酸等碱性氨基酸,以及天冬氨酸和谷氨酸 等酸性氨基酸),(b)氨基聚羧酸(给体原子为氮和氧:例如乙二胺四乙酸盐(EDTA)、次氮基 三乙酸盐(NTA)、亚氨基二乙酸盐(IDA)、乙二胺二乙酸盐(EDDA)、乙二醇二乙基醚二胺四乙 酸盐(GEDA)),(c)链烷醇胺(给体原子为氮和氧:例如乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺),(d)亚 硝基化合物和亚硝酰化合物(给体原子为氮和氧),(e)巯基羧酸(给体为硫和氧:例如巯基 丙酸、巯基乙酸、硫代二丙酸、巯基琥珀酸、二巯基琥珀酸、硫代乙酸和亚硫基二乙酸),(f) 巯基乙醇类(给体为硫和氧:例如巯基乙醇和硫代二甘醇),(g)硫羰酸(给体为硫和氧),(h) 硫代碳酸(给体原子为硫和氧,例如单硫代碳酸、二硫代碳酸和硫酮碳酸),(i)氨基硫醇(给 体为硫和氮:氨基乙基硫醇、硫代二乙胺等),(j)硫代酰胺(给体原子为硫和氮:例如硫代甲 酰胺),(k)硫脲(给体原子为硫和氮),(1)噻唑类(给体原子为硫和氮:例如噻唑和苯并噻 唑),(m)含硫氨基酸(给体为硫、氮和氧:半胱氨酸、蛋氨酸等)等。
[0071] (5)上述化合物的盐及其衍生物的实例包括碱金属盐如柠檬酸三钠、酒石酸钾钠、 次磷酸钠和乙二胺四乙酸二钠;以及羧酸、磷酸和磺酸的酯。
[0072] 在这些配位剂中,可使用其中的至少一种。配位剂的合适用量根据配位剂的类型 而变化,且配位剂的用量根据其类型适当设定。通过减少配位剂的用量,可使得细金属颗粒 的初级颗粒变得更小,且通过提高配位剂的用量,可使得其初级颗粒变得更大。
[0073] 在本发明中,包含选自氮和氧中的至少一种作为给体原子的配位剂是优选的,因 为容易地获得本发明的效果。具体地,更优选至少一种选自如下的配位剂:胺、含氮杂环化 合物、腈、氰化物、羧酸、酮、磷酸和磷酸类化合物、氨基酸、氨基聚羧酸、链烷醇胺、其盐或其 衍生物。在羧酸中,优选羟基羧酸;在酮中,优选二酮;在氨基酸中,优选碱性和酸性氨基酸。 此外,所述配位剂优选为至少一种选自丁胺、乙胺、丙胺、二丁胺、二乙胺、二丙胺、三丁胺、 三乙胺、三丙胺、咪唑、柠檬酸及其碱金属盐,乙酰丙酮、次磷酸或其碱金属盐、组氨酸、精氨 酸、乙二胺四乙酸盐或其碱金属盐、乙醇胺和乙腈的配位剂。如上所述,所述氧或氮配位剂 的用量优选为〇. 01-200质量份,更优选为0.1-200质量份,仍更优选为0.5-150质量份,基于 1000质量份铜氧化物。
[0074] 此外,在本发明中,通过使用其中至少一个给体原子为硫的配位剂且通过
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