金属铜分散液、其制备方法及其用图_4

文档序号:9712778阅读:来源:国知局
使用基 于1000质量份铜氧化物为0.01-2质量份量的配位剂,更易控制较细铜颗粒的制备。包含硫 的配位剂包括巯基羧酸、巯基乙醇类、含硫氨基酸、脂族硫醇、脂环族硫醇、芳族硫醇、硫代 酮类、硫醚、聚硫醇、硫代碳酸、含硫杂环化合物、硫氰酸酯和异硫氰酸酯、无机硫化合物、硫 羰酸、氨基硫醇、硫代酰胺、硫脲、噻唑类,及其盐或其衍生物。在这些中,由于效果好,优选 巯基羧酸和巯基乙醇等巯基乙醇类,以及含硫氨基酸。分子量优选为200以下,更优选为180 以下。该类巯基羧酸的实例包括巯基丙酸(分子量为106)、巯基乙酸(分子量为92)、巯基二 丙酸(分子量为178)、巯基琥珀酸(分子量为149)、二巯基琥珀酸(分子量为180)、亚硫基二 乙酸(分子量为150)和半胱氨酸(分子量为121),且可使用选自这些中的一种或多种。疏基 羧酸的用量更优选为〇. 05-1质量份,仍更优选为0.05质量份以上且小于0.5质量份。
[0075] 在本发明中,在将铜氧化物与还原剂混合时,各原料的添加顺序没有限制。其实例 包括:例如,(1)将铜氧化物和还原剂同时添加至包含明胶的水性溶剂中的方法,和(2)将还 原剂添加剂至包含明胶和铜氧化物的水性溶剂中的方法。或者,可在还原时添加配位剂,在 这种情况下,其实例包括:(3)将配位剂和还原剂同时添加至包含明胶和铜氧化物的水性溶 剂中的方法,和(4)将配位剂和还原剂的混合溶液添加至包含明胶和铜氧化物的水性溶剂 中。在它们中,由于易于控制反应,优选方法(3)和(4);特别优选方法(4)。可事先将铜氧化 物、还原剂、明胶和配位剂悬浮或溶于水性溶剂中,然后将它们用于还原反应中。此外,"同 时添加"意指在反应期间同时分别添加铜氧化物和还原剂,或者配位剂和还原剂的方法,且 不仅包括在反应期间连续添加这两种材料,而且包括间歇添加一种或两种材料。此外,为了 制备铜与异种金属的合金颗粒,在铜氧化物还原时混合异种金属化合物并还原,由此可制 备铜合金颗粒。此外,为了用异种金属涂覆铜颗粒或铜合金颗粒的表面,可通过制备铜颗粒 或铜合金颗粒,然后将异种金属化合物与制得的铜颗粒或铜合金颗粒混合,并进一步还原 异种金属化合物而制备预期产物。此外,为了用铜和异种金属的合金涂覆铜颗粒或铜合金 颗粒的表面,可通过制备铜颗粒或铜合金颗粒,然后将异种金属化合物、铜化合物和所制得 的铜颗粒或铜合金颗粒混合,并进一步还原异种金属化合物和铜化合物而制备预期产物。
[0076] 在通过上述方法制备其表面上具有明胶的金属铜颗粒之后,对所述金属铜颗粒进 行固液分离并洗涤,从而获得金属铜颗粒的固体。实施固液分离的方法没有特别的限制,可 使用重力过滤、压滤、真空过滤、吸滤、离心过滤和天然沉降等的方法。然而,就工业角度而 言,优选压滤、真空过滤和吸滤,且优选使用压滤机和辊压机等过滤器,这是因为所述过滤 器具有高脱水能力且可大量处理。随后,需要的话,可通过常规方法干燥金属铜颗粒的固 体。所述金属铜颗粒易于氧化,因此优选在氮气和氩气等惰性气体气氛下进行干燥以抑制 氧化。在干燥后,需要的话可将金属铜颗粒粉碎。
[0077] 随后,当将金属铜颗粒的固体或干燥产物在有机溶剂中混合和分散时,重要的是 使用具有10_150mg KOH/g胺值的聚合物分散剂。优选的聚合物分散剂如上文所述。优选在 玻璃化转变点下具有1.0-2.0J/(g · K)比热容的聚合物分散剂,所述聚合物分散剂的玻璃 化转变点更优选为_70°C至10°C,更优选具有直链型丙烯酸类聚合物或直链型丙烯酸类共 聚物的聚合物分散剂。此外,更优选具有lOOO-lOOOOOg/mol质均分子量的聚合物分散剂。作 为有机溶剂,可使用上文所述的那些。作为混合方法,使用湿式混合器,例如可使用搅拌机、 螺旋式混合器、带式混合器和流化床式混合器等固定式混合器;圆筒混合器和双圆筒混合 器等旋转式混合器;砂磨机、球磨机、珠磨机、胶体磨和粉碎型砂磨机等湿式粉碎机;油漆搅 拌器等搅拌器;和超声分散机等分散机。通过适当选择这些混合器和适当设定必须使用的 混合条件、混合时间和分散介质,将上文所述的金属铜颗粒的50%累积粒径(D50)和90%累 积粒径(D90)分别调节至1 -130nm和10-300nm。以此方式,获得了包含分散在有机溶剂中的 金属铜颗粒的金属铜分散液。此外,当需要时,可在混合之前,使用压缩粉碎型、冲击压缩粉 碎型、剪切粉碎型和摩擦粉碎型等粉碎机,或者可在粉碎金属铜颗粒的同时混合该金属铜 颗粒。
[0078] 随后将描述使用本发明金属铜分散液的用于电极、布线图、设计和装饰性涂膜等 的含金属铜的膜。所述含金属铜的膜是其中金属铜固定在基材上的膜。此外,可通过在分散 液中添加可固化树脂而获得其中金属铜颗粒更紧密地固定的含金属铜的膜。此外,通过在 涂膜上施加热量或者用光或等离子体照射涂膜而使金属铜颗粒熔融并结合,且可更紧密地 固定。在该含金属铜的膜中,厚度、尺寸和形状等没有限制,膜厚可厚可薄,且基材的整个表 面或其一部分可被该含金属铜的膜覆盖。或者,所述含金属铜的膜可具有在基材一部分上 形成的细线形状、宽线形状或细点形状。作为具体应用,可将所述含金属铜的膜用于电极和 布线图以利用金属铜的导电性,且还可用于装饰应用和抗微生物应用以利用金属铜的色调 和抗微生物作用。
[0079] 本发明的装饰物品和抗菌性物品通过在基材的至少一部分表面上形成含金属铜 的膜而获得,且赋予装饰物品和抗菌性物品的基材表面以金属铜颗粒的金属色调或抗菌 性。可将基材的整个表面着色以赋予金属色调或抗菌性能,且此外可在一部分基材表面上 形成设计、标记和标识,或者还可形成其他字母、数字和符号。作为基材,可使用金属、玻璃、 陶瓷、岩石和混凝土等无机基材,橡胶、塑料、纸、木材、皮革、织物和纤维等有机材料,以及 无机材料和有机材料的组合材料,或者无机材料和有机材料的复合材料。抗菌性也可通过 在将基材加工成所用制品之前在基材原料上形成含金属铜的膜以装饰由上述基材制成的 该基材而赋予,或者抗菌性也可在基材加工之后通过装饰所有制品而赋予。此外,抗菌性的 赋予还包括装饰事先在这些基材表面上涂覆的制品表面。
[0080] 赋予装饰或抗菌性的制品的具体实例包括:
[0081 ] (1)汽车、卡车和公共汽车等运输工具的外部和内部,保险杠,门把手,后视镜,前 格栅、灯反射板、显示仪表等;
[0082] (2)电视机、冰箱、微波炉、个人计算机、移动电话和照相机等电器的外部,遥控器, 触摸板、前面板等;
[0083] (3)房屋、建筑、百货商店、商店、大型购物中心、弹球盘店、婚礼堂、葬礼堂、神殿和 寺庙等建筑物的外部,窗户玻璃,入口,门板,大门,门,门把手,橱窗,内饰等;
[0084] (4)照明器具、家具、陈设品、盥洗器具、佛坛和用具、佛像等家用设施;
[0085] (5)五金器具和餐具等器具;
[0086] (6)饮料和烟草等的自动售货机;
[0087] (7)合成洗涤剂、皮肤护理产品、软性饮料、酒类饮料、糖果、食品、烟草和药物等的 容器;
[0088] (8)包装纸和纸板箱等包装材料;
[0089] (9)衣服、鞋、包、眼镜、人造指甲、人造头发和珠宝等的装备和附件;
[0090] (10)棒球棒、高尔夫球棒等运动用品,和钓鱼工具等趣味产品;
[0091] (11)铅笔、色纸、笔记本和新年祝福用贺卡等文具,以及桌子和椅子等办公用品; 和
[0092] (12)封皮和捆书带,玩偶和小玩具车等玩具,通勤卡等卡片,以及CD和DVD等记录 介质。此外,可使用人指甲、皮肤、眉毛、头发等作为基材。
[0093] 其次,本发明为一种制备含金属铜的膜的方法,其中使用所述金属铜分散液。本发 明制备方法中的步骤(a)为将所述金属铜分散液粘附在基材表面上的步骤。步骤(b)为将在 步骤(a)中制得的含金属铜的膜在还原性气氛下加热的步骤。步骤(c)为在步骤(a)之后,用 光照射所述含金属铜的膜的整个或一部分区域的步骤。此外,步骤(d)为在步骤(a)之后,用 等离子体照射所述含金属铜的膜的整个或一部分区域的步骤。此外,步骤(e)为在步骤(c) 或(d)之后,移除未被照射区域中的含金属铜的膜的步骤。此外,步骤(f)为将由(a)至(d)获 得的含金属铜的膜转移至另一基材上的步骤。还可在步骤(a)中制备所述含金属铜的膜,且 需要时,实施随后的步骤(b)至(f)。含金属铜的紧密膜可通过实施步骤(b)至(f)中任一个 而制备,此外通过实施步骤(f),可直接在难以在其上形成含金属铜的膜的基材上容易地制 备含金属铜的膜。此外,当制备电极和布线图时,还可在步骤(a)之后实施步骤(b)至(f)的 任意组合,然而更优选步骤(a)通过喷墨印刷实施。
[0094] 〈步骤(a)>
[0095] 将本发明的金属铜分散液粘附(下文通常称为"涂覆")至基材上。作为金属铜分散 液的涂覆,可使用例如丝网印刷、凹版印刷、柔性版印刷、喷墨印刷或平版印刷等的通用印 刷或转移方法,或者使用利用喷涂机、狭缝涂布机、帘式淋涂机、刮条涂布机、刷、笔刷或旋 涂机等的通用涂覆方法;涂覆层的厚度没有特别的限制,且可根据使用和应用目的适当选 择,然而优选厚度为〇.〇〇1-1〇〇μπι,更优选厚度为0.005-70ym。此时,作为涂覆图案,可将金 属铜分散液涂覆至基材的整个表面上,或者可以以图案或图像形式涂覆。根据涂覆方法、使 用和应用目的,可适当选择金属铜颗粒的粒径,聚合物分散剂、有机溶剂和其他化合物的种 类。类似地,可适当选择分散液的粘度以及金属铜的浓度。
[0096] 本发明的金属铜分散液具有低粘度和高浓度的特性,因此可特别合适地用于喷墨 印刷、喷涂等。喷墨印刷是一种通过将分散液液滴从细喷嘴中排出,从而使液滴撞击在基材 上而形成预定形状的图案的方法。在使用该方法时,可将个人计算机等计算机与喷墨打印 机相连,且根据输入计算机中的图形信息改变作为金属铜分散液出口的喷嘴与基材的相对 位置,从而使得分散液可排至合适的位置,由此可在基材上描绘出所需的图案。此外,所形 成的含金属铜的膜的厚度和宽度可通过喷嘴直径、排出的分散液的量以及喷嘴运动速度和 其上形成排出物质的基材的运动速度之间的相对关系而调节。因此,可制得含细金属铜的 膜,且可通过精确排出而甚至在具有其一个尺寸超过l_2m的大面积的基材上在所需位置处 形成含金属铜的膜。此外,由于不发生相邻膜图案的未对准,因此可提高产量;此外,由于仅 可将分散液施加至所需的部分,因此可降低金属铜分散液的损失。根据排出金属铜分散液 的方法,存在各种喷墨印刷类型,例如存在压电器件型、起泡喷墨(注册商标)型、空气流型、 静电诱导型、声控喷墨型、电流变油墨型和连续喷射型,且喷墨印刷的类型可根据图案的形 状和厚度、金属铜分散液的类型等适当选择。
[0097] 在喷墨印刷中,金属铜分散液的粘度优选为100mPa · S以下,更优选为l-20mPa · s,其原因在于上文所述的排出喷嘴可无堵塞地平滑排出分散液。尽管金属铜颗粒的粒径取 决于喷嘴的直径、所需的图案形状等,然而为了防止喷嘴堵塞或者产生高精细的图案,粒径 优选为1 _200nm,更优选粒径为1 -100nm 〇
[0098]作为基材,可使用玻璃如无碱玻璃、石英玻璃、结晶透明玻璃、注册商 标)玻璃,和蓝宝石玻璃;无机材料,如412〇3、180、86〇、2抑2、¥2〇 3、0&0和666(钆/镓/石榴石); 丙烯酸类树脂,如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、ΡΕΝ(聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳 酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯;氯乙烯树脂,如聚氯乙烯和氯乙烯共聚物;有机材料,如环氧树 月旨、聚丙烯酸酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、氟树脂、苯氧基树脂、聚烯烃树脂、尼龙、苯乙烯树 脂和ABS树脂;和通过使用其中将具有数纳米直径的无机颗粒分散在有机材料中的复合材 料而形成的基材;硅晶片;和金属板等。基材可根据其应用而适当地从这些材料中选择,且 以膜形式等用作柔性基材或者用作硬质基材。此外,基材的尺寸没有限制,基材的形状可为 任意形状如盘状、卡片状和片状,且基材的表面并非必须为平面的,且可具有凹陷和凸起, 或者可具有曲面。
[0099]出于改善基材表面的平面度、提高粘合强度、防止含金属铜的膜变劣等目的,可在 基材上提供基础
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