JP5426270B2 - 金属銅微粒子の製造方法 - Google Patents
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R1およびR2は、それぞれ、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基を示す。)で示されるギ酸銅アミン錯体を作製し、該ギ酸銅アミン錯体を加熱処理することで、ギ酸配位子を二酸化炭素に酸化し、一方、銅イオン種を金属銅に還元し、脂肪族アミンで表面が被覆された金属銅微粒子を作製する方法が開示されている(特許文献4)。前記のギ酸銅アミン錯体の熱分解反応は、例えば、下記の反応式で表記されることも記載されている。
R1およびR2は、それぞれ、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基を示す。)で示されるギ酸銅アミン錯体を作製する方法も提案されている(特許文献5)。例えば、無水ギ酸銅を製造する反応の一例として、下記の反応が例示されている。
表面に被覆剤分子からなる被覆層を有する、平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子を製造する方法であって、
該金属銅微粒子の製造方法は、
液相中において、無水ギ酸銅を原料として、該無水ギ酸銅中に含まれる銅カチオンを、銅原子に還元し、該銅原子から金属銅微粒子を形成する方法であり、
該方法は、
(工程1)
無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が1.3モル量以上2モル量以下の範囲となる量を用いて、
無水ギ酸銅と前記アミノアルコールとを混合し、60℃以上90℃未満の範囲に選択する温度に加熱し、無水ギ酸銅を該アミノアルコール中に溶解してなる溶液を調製し、
該溶液中において形成される、無水ギ酸銅と前記二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液とする工程と、
(工程2)
工程1で調製される、前記無水ギ酸銅と二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液に対して、該溶液の液量1容当たり、
沸点が130℃以上、250℃以下の非極性有機溶媒を、1/4容〜2容の範囲に選択される液量を混合して、混合液を調製する工程と、
(工程3)
工程2で調製される混合液を、85℃以上90℃以下の範囲に選択する温度に加熱し、
無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノカルボン酸を、0.05モル量以上0.5モル量以下の範囲となる量、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノアミンまたは一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンを、0.05モル量以上0.15モル量以下の範囲となる量、
に選択して、選択された添加モル量の脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンを添加し、
前記混合液中に溶解してなる反応溶液を調製する工程と、
(工程4)
工程3で調製される反応溶液を、90℃以上120℃以下の範囲に選択する温度に加熱し、
前記脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンの存在下において、二価の銅カチオン種を銅原子へと還元する反応を行い、
前記還元反応で生成する銅原子から、平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子を形成し、同時に、
形成される平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子の表面に、前記脂肪族モノアミン、一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンまたは脂肪族モノカルボン酸からなる被覆層を形成する工程と
を有する
ことを特徴とする金属銅微粒子の製造方法である。
非プロトン性極性有機溶媒中において、塩基性炭酸銅に対して、過剰量のギ酸を作用させて、反応溶液中で無水ギ酸銅の析出物を形成し、
反応溶液中から該無水ギ酸銅の析出物を回収し、
回収される該無水ギ酸銅の析出物に残余する液体成分を蒸散させることによって、除去することで作製される、粉末状の無水ギ酸銅であることが好ましい。
該アミノアルコールのアミノ窒素原子上に、アルキル基が1または2置換してなる、N−アルキル置換アミノアルコールであることが好ましい。
炭素数1〜4のアルキル基の群から選択されるアルキルエタノールアミン、炭素数2〜4の直鎖アルキル基とイソプロピル基からなる群から選択されるN,N−ジアルキル−N−エタノールアミン、1−ジエチルアミノ−2−プロパノール、N−(1−メチルヘプチル)エタノールアミン、N−ベンジル−エタノールアミンからなる群から選択することができる。
2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(ブチルアミノ)エタノール、2−ジエチルアミノエタノール、2−(ジブチルアミノ)エタノール、1−ジエチルアミノ−2−プロパノールからなる群から選択することができる。
沸点が130℃以上、250℃以下の炭化水素系溶剤であることが好ましい。
沸点が130℃以上、250℃以下の芳香族炭化水素系溶剤と脂環式炭化水素系溶剤からなる群より選択することが望ましい。
炭素数8〜22の直鎖アルカン酸、炭素数8〜22の直鎖アルケン酸、炭素数8〜22の分枝状アルカン酸からなる群から選択することができる。
炭素数8〜24の直鎖アルキル鎖を有するモノアルキルアミンと、炭素数8〜24の分枝状アルキル鎖を有するモノアルキルアミンからなる群から選択することができる。
示性式Cu(HCOO)2で表される無水ギ酸銅、または、示性式Cu(HCOO)2に対し、残余する水分量が、nH2O(0≦n<1)で表される、ギ酸銅であることが望ましい。さらには、前記無水ギ酸銅は、
示性式Cu(HCOO)2で表される無水ギ酸銅、または、示性式Cu(HCOO)2に対し、残余する水分量が、nH2O(0≦n<0.3)で表される、ギ酸銅であることがより望ましい。
前記工程3で調製される反応溶液中に含有される銅濃度は、
1.0mol/L〜2.4mol/Lの範囲に選択されている条件を採用することが好ましい。
該加熱時の昇温速度を、毎分0.1℃〜2.0℃の範囲に選択して行う形態を採用することが望ましい。
非プロトン性極性有機溶媒中において、塩基性炭酸銅に対して、過剰量のギ酸を作用させて、反応溶液中で無水ギ酸銅の析出物を形成し、
反応溶液中から該無水ギ酸銅の析出物を回収し、
回収される該無水ギ酸銅の析出物に残余する液体成分を蒸散させることによって、除去することで作製される、粉末状の無水ギ酸銅であることが好ましい。
→ [(HCOO-)2Cu2+]2 + 3H2O + CO2↑
結晶水を有するギ酸銅は、他の結晶水を有するカルボン酸銅、例えば、酢酸銅(II)の2水和物(Cu2(CH3COO)4・2H2O)と同様に、ギ酸アニオン(HCOO-)は、二座配位子として機能し、2つの銅カチオン種の間を、4つのギ酸アニオン(HCOO-)が橋掛けをおこなっている構造を有していると推定される。結晶水を含まない、無水ギ酸銅においても、その固体では、銅カチオン種の間をギ酸アニオン(HCOO-)が橋掛けした構造を有していると推定される。すなわち、無水ギ酸銅は、Cu2(HCOO)4と表記できる構造となっていると推定される。その状態では、非プロトン性極性有機溶媒による溶媒和によって、分散することが困難となり、微細な粉末として、析出し、沈降する。
工程1において、無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が1.3モル量以上2モル量以下の範囲となる量を用いて、
無水ギ酸銅と前記アミノアルコールとを混合し、60℃以上90℃未満の範囲に選択する温度に加熱し、無水ギ酸銅を該アミノアルコール中に溶解してなる溶液を調製し、
該溶液中において形成される、無水ギ酸銅と前記二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液とする。
(i-2) [Cu2(HCOO)4]・2(C2H5)2N-C2H4OH → 2(HCOO)2Cu(II):[(C2H5)2N-C2H4OH]
溶媒和による溶解と、その後の錯体の形成は、前記の二つの素過程を経由して進行する。後半の素過程(i-2):Cu2(HCOO)4と表記できる構造の無水ギ酸銅に、アミノアルコール2分子が溶媒和した状態から、無水ギ酸銅:(HCOO)2Cu(II)1分子に、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体への変換は、吸熱過程であるので、加熱することで、促進される。また、後半の素過程(i-2)は、液相中での配位子の交換過程であるため、アミノアルコールが形成する液相が存在している状況下で進行する。
→ (HCOO)2Cu(II):[(C2H5)2N-C2H4OH]
この無水ギ酸銅:(HCOO)2Cu(II)1分子に、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体では、銅カチオン(Cu2+)は、6つの配位座を有しており、そのうち、隣接する2つの配位座を、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子のアミノ基とヒドロキシル基が占めている。ギ酸アニオン(HCOO-)は、二座配位子として機能し、残る4つの配位座を、2つのギ酸アニオン(HCOO-)が占めている。
→ (HCOO)2Cu(II):[(C2H5)2N-C2H4OH]2
この段階で形成される、無水ギ酸銅:(HCOO)2Cu(II)1分子に、二座配位子として機能するアミノアルコール2分子が配位した錯体では、銅カチオン(Cu2+)は、6つの配位座を有しており、そのうち、二座配位子として機能するアミノアルコール2分子は、そのアミノ基とヒドロキシル基を利用して、それぞれ隣接する2つの配位座を占めている。一方、ギ酸アニオン(HCOO-)は、一座配位子として機能し、残された2つの配位座を、2つのギ酸アニオン(HCOO-)が占めている。
沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が1.3モル量以上2モル量以下の範囲となる量、好ましくは、1.5モル量以上2モル量以下の範囲となる量を用いている。その際、無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が、1.3モル量より少ない、例えば、1.1モル量の比率で使用する条件では、工程1では、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体が形成した後、二座配位子として機能するアミノアルコール2分子が配位した錯体への変換は、実質的に進行しない。また、アミノアルコールが溶媒和した状態から、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体への変換も、完全には進行しない。すなわち、アミノアルコールが溶媒和した状態で溶解しているものと、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体とが共存している状態となる。無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が1.5モル量の比率で使用する条件になると、アミノアルコールが溶媒和した状態から、二座配位子として機能するアミノアルコール1分子が配位した錯体への変換が、ほぼ完了する。
工程1で調製される、前記無水ギ酸銅と二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液に対して、該溶液の液量1容当たり、
沸点が130℃以上、250℃以下の非極性有機溶媒を、1/4容〜2容の範囲に選択される液量を混合して、混合液を調製する。非極性有機溶媒の使用量を前記の範囲に選択することで、最終的に作製される反応溶液中に含有される銅の濃度を、1.0mol/L〜2.4mol/Lという高い濃度範囲とすることができる。
無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノカルボン酸を、0.05モル量以上0.5モル量以下の範囲となる量、好ましくは、0.07モル量以上0.2モル量以下の範囲となる量、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノアミンまたは一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンを、0.05モル量以上0.15モル量以下の範囲となる量、好ましくは、0.07モル量以上0.13モル量以下の範囲となる量に選択して、選択された添加モル量の脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンを添加し、
前記混合液中に溶解してなる反応溶液を調製する。
→ (R-COO-)(HCOO-)Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2 + HCOOH
該二座配位子として機能するアミノアルコール2分子が配位した錯体中では、ギ酸アニオン(HCOO-)は、一座配位子として機能しており、その一方と、脂肪族モノカルボン酸に由来する、脂肪族モノカルボン酸アニオン(R-COO-)が、一座配位子として交換する。その際、交換されるギ酸アニオン(HCOO-)には、脂肪族モノカルボン酸(R-COOH)から水素カチオン(H+)が供給される結果、ギ酸分子(HCOOH)として、離脱される。
前記脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンの存在下において、二価の銅カチオン種を銅原子へと還元する反応を行う。
→ {Cu:[(C2H5)2N-C2H4OH]2}+R-COOH+CO2↑
すなわち、ギ酸アニオン(HCOO-)の水素原子が、隣接する脂肪族モノカルボン酸アニオン(R-COO-)の−COO-のC=Oに転位する結果、カルボキシル基:−COOHに変換され、脂肪族モノカルボン酸(R-COOH)として、離脱する。その結果、過渡的中間体、例えば、(-COO-)Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2が生成されるが、(-COO-)からCu2+へと電子供与がなされ、酸化・還元反応が生じ、{Cu:[(C2H5)2N-C2H4OH]2}+CO2に分離する。
→ (R-COO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2 + HCOOH↑
すなわち、反応副生物である、ギ酸分子(HCOOH)の蒸散が顕著に進行する結果、上記の(v)に示す配位子交換反応も起こる状況となる。該配位子交換反応の結果、脂肪族モノカルボン酸銅に、二座配位子として機能するアミノアルコール2分子が配位した錯体、例えば、(R-COO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2が生成する。該脂肪族モノカルボン酸銅のアミノアルコール錯体、例えば、(R-COO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2は、通常、無水ギ酸銅のアミノアルコール錯体、例えば、(HCOO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2と比較すると、分解還元反応が進行する温度は、高くなる。そのため、90℃以上120℃以下の範囲、好ましくは、95℃以上120℃未満の範囲に選択する温度に加熱する際、該脂肪族モノカルボン酸銅のアミノアルコール錯体、例えば、(R-COO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2は、分解還元反応を起こすことは無い。
→ [(R-COO-)Cu+:Cu+(-O-CO-R)]+2(C2H5)2N-C2H4OH
実際には、前記(vi)に示す不均化反応は、反応溶液中に生成する金属銅原子の凝集体の表面に、肪族モノカルボン酸銅のアミノアルコール錯体、例えば、(R-COO-)2Cu2+:[(C2H5)2N-C2H4OH]2が付着した場合に起きる。金属銅原子の凝集体の表面は、上述するように、その殆どは、一座配位子として機能する、脂肪族モノアミン(R-NH2)、または一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミン(例えば、H2N-R-NR’2)によって、被覆された状態となっている。
形成される平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子の表面に、前記脂肪族モノアミン(R-NH2)または一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミン(例えば、H2N-R-NR’2)、あるいは脂肪族モノカルボン酸(R-COO-Cu+)からなる被覆層が形成される。
炭素数1〜4のアルキル基の群から選択されるアルキルエタノールアミン(R1−NH−CH2CH2−OH)、炭素数2〜4の直鎖アルキル基とイソプロピル基からなる群から選択されるN,N−ジアルキル−N−エタノールアミン(R1−N(R2)−CH2CH2−OH)、1−ジエチルアミノ−2−プロパノール、N−(1−メチルヘプチル)エタノールアミン、N−ベンジル−エタノールアミンからなる群から選択することができる。
2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(ブチルアミノ)エタノール、2−ジエチルアミノエタノール、2−(ジブチルアミノ)エタノール、1−ジエチルアミノ−2−プロパノールからなる群から選択することができる。
沸点が130℃以上、250℃以下の非極性有機溶媒を、1/4容〜2容の範囲に選択される液量を混合して、混合液を調製する。
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノカルボン酸を、0.05モル量以上0.5モル量以下の範囲、好ましくは、0.07モル量以上0.2モル量以下の範囲となる量、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノアミンまたは一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンを、0.05モル量以上0.15モル量以下の範囲、好ましくは、0.07モル量以上0.13モル量以下の範囲となる量に選択して、選択された添加モル量の脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンを添加し、
前記混合液中に溶解してなる反応溶液を調製する。
炭素数8〜22の直鎖アルカン酸、炭素数8〜22の直鎖アルケン酸、炭素数8〜22の分枝状アルカン酸からなる群から選択することができる。
炭素数8〜24の直鎖アルキル鎖を有するモノアルキルアミンと、炭素数8〜24の分枝状アルキル鎖を有するモノアルキルアミンからなる群から選択することができる。
脂肪族モノアミンを利用することが望ましい。すなわち、形成される金属銅微粒子に対する分散溶媒として機能する、非極性有機溶媒、例えば、炭化水素溶媒中においては、脂肪族モノアミンにより表面を被覆された金属銅微粒子は、好適な分散性を示す。それと比較すると、一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンにより表面を被覆された金属銅微粒子の示す分散性は、通常、同等か、僅かに劣る。その点を考慮すると、上記の炭素原子の窒素原子への置き換えに相当する、構造的な対応を有する、一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンよりも、脂肪族モノアミンを利用することが望ましい。
→ {Cu:[(C2H5)2N-C2H4OH]2}+H2↑+2CO2↑
前記(vii)で示す分解還元反応は、少なくとも、110℃以上、通常、120℃程度に加熱した際に進行する。その点を考慮すると、工程4における加熱温度は、90℃〜120℃の範囲、より好ましくは、95℃〜110℃の範囲に選択することが望ましい。
容量500mLのビーカーを用い、アセトン(分子量:58.08、沸点:57℃)150gに、ギ酸(分子量:46.03、濃度:95%)71.7gを添加し、均一な混合液を調製する。該混合液中に、塩基性炭酸銅(銅含有率:55.5%)75gを添加して、室温(25℃)で、パドル翼を用いて攪拌する。
容量3000mLのビーカーを用い、アセトン(分子量:58.08、沸点:57℃)900gに、ギ酸(分子量:46.03、濃度:95%)430.2gを添加し、均一な混合液を調製する。該混合液中に、塩基性炭酸銅(銅含有率:55.5%)450gを添加して、室温(25℃)で、パドル翼を用いて攪拌する。
アセトン(分子量:58.08、沸点:57℃)150.00gとギ酸(分子量:46.03、濃度:95%)61.05g(1.26mol)を秤量し、攪拌子を具備した容量500mLのビーカーに入れ、室温で攪拌して、混合液を調製する。該混合液を40℃に設定したホットスターラー上で攪拌しながら、塩基性炭酸銅(銅含有率:55.5%)68.70g(銅換算:0.60mol)を添加する。40℃で、60分間攪拌混合し、反応を行う。
アセトニトリル(分子量:41.05、沸点:81.6℃)30.00gとギ酸(分子量:46.03、濃度:95%)12.21g(0.25mol)を秤量し、容量200mLのナス型フラスコに入れ、室温で攪拌して、混合液を調製する。該混合液に、塩基性炭酸銅(銅含有率:55.5%)13.74g(銅換算:0.12mol)を添加する。
本実施例1では、参考例2に記載する方法で作製した無水ギ酸銅(銅含有率:41.4%)を中間原料として使用している。
(実施例2)
本実施例2においては、上記実施例1で使用している、オレイルアミン10.3g(0.04mol)に代えて、オクチルアミン(沸点:188℃;分子量129.25)5.1g(0.04mol)を使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。
(実施例3)
本実施例3においては、上記実施例1で使用している、オレイン酸33.4g(0.12mol)とオレイルアミン10.3g(0.04mol)の混合物に代えて、オレイン酸22.3g(0.08mol)とオクチルアミン5.1g(0.04mol)の混合物を使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。すなわち、無水ギ酸銅の2−(ジエチルアミノ)エタノール錯体に作用させる、オレイン酸の量を2/3にしている。
上記参考例2に記載する方法に従って作製される無水ギ酸銅を中間原料として、銅微粒子を作製する工程の具体例を、参考例5に示す。実施例4においては、中間原料の無水ギ酸銅1モル量当たり、2−(ジエチルアミノ)エタノール1.1モル量を使用している。従って、まず、中間原料の無水ギ酸銅1分子に対して、2−(ジエチルアミノ)エタノール1分子が、二座配位子として配位し、2つのギ酸アニオン種(HCOO-)が二座配位子として配位している錯体を作製している。また、実施例4においても、銅微粒子の作製時、反応溶液中に含有される銅の量は、約1.8mol−Cu/Lに選択されている。
本実施例4においては、上記実施例2で使用している、2−(ジエチルアミノ)エタノール178g(1.52mol)に代えて、2−(ジエチルアミノ)エタノール120.5g(1.03mol)を使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。すなわち、無水ギ酸銅の溶解に使用される、2−(ジエチルアミノ)エタノールの量を、無水ギ酸銅1モル当たり、2−(ジエチルアミノ)エタノールが1.03/0.79≒1.3モルに選択している。
上記参考例2に記載する方法に従って作製される無水ギ酸銅を中間原料として、銅微粒子を作製する工程の他の具体例を、実施例5に示す。実施例5おいては、まず、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールの混合液中に、中間原料の無水ギ酸銅を溶解している。その結果、無水ギ酸銅1分子に対して、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールが、それぞれ、二座配位子として配位し、2つのギ酸アニオン種(HCOO-)が一座配位子として配位している錯体を作製している。また、実施例5においても、銅微粒子の作製時、反応溶液中に含有される銅の量は、約1.8mol−Cu/Lに選択されている。
2−(メチルアミノ)エタノール(分子量:75.11、沸点:159.6℃)7.51g(0.10mol)と1−(ジエチルアミノ)−2−プロパール(分子量:131.22、沸点:158.5℃)26.24g(0.20mol)を秤量し、容量300mLのビーカーに入れる。攪拌子と温度計を設置して、ホットスターラー上で攪拌して、混合液とする。この混合液中に、ホットスターラー上で攪拌しながら、参考例2に記載する方法で作製した、無水ギ酸銅粉末23.04g(銅含量:9.54g≒0.15mol)を添加する。加熱攪拌することにより、無水ギ酸銅粉末が溶解し、無水ギ酸銅と、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールとからなる錯体となり、均一な溶液となる。この均一な溶液に、スワクリーン150を11.04g添加して加熱攪拌を継続する。前記均一な溶液の液量と、添加されるスワクリーン150の液量の比率は、1容:0.26容となっている。
上記参考例2に記載する方法に従って作製される無水ギ酸銅を中間原料として、金属銅粒子の作製を試みた例を、比較例1に示す。比較例1においては、まず、中間原料の無水ギ酸銅1分子に対して、オレイルアミン2分子を作用させ、2分子のオレイルアミンが、それぞれ、一座配位子として配位し、2つのギ酸アニオン種(HCOO-)が二座配位子として配位している錯体を作製している。また、比較例1においては、熱分解反応時、反応溶液中に含有される銅の量は、約1.4mol−Cu/Lに選択されている。
本実施例6においては、上記実施例2で使用している、2−(ジエチルアミノ)エタノール178g(1.52mol)に代えて、2−(メチルアミノ)エタノール118.4g(1.58mol)を使用し、スワクリーン150の使用量を320gに変更している。また、1000mLの四つ口フラスコに代えて、2000mLの四つ口フラスコを使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。すなわち、無水ギ酸銅の溶解に使用される、2−(メチルアミノ)エタノールの量を、無水ギ酸銅1モル当たり、2−(メチルアミノ)エタノールを1.58/0.79≒2.0モルに選択し、無水ギ酸銅と2−(メチルアミノ)エタノールからなる溶液1容当たり、スワクリーン150を2容に選択している。
本実施例7においては、上記実施例6で使用している、2−(メチルアミノ)エタノール118.4g(1.58mol)に代えて、2−(ジブメチルアミノ)エタノール273.1g(1.58mol)を使用している。それ以外の反応条件は、実施例6に記載される条件と同じである。すなわち、無水ギ酸銅の溶解に使用される、2−(ジブチルアミノ)エタノールの量を、無水ギ酸銅1モル当たり、2−(ジブチルアミノ)エタノールを1.58/0.79≒2.0モルに選択し、反応溶液中に含有される銅濃度を1.0mol/Lに選択している。
本実施例8においては、上記実施例4で使用している、スワクリーン150の量を42gに代えた以外の反応条件は、実施例4に記載される条件と同じである。すなわち、反応溶液中に含有される銅濃度が2.4mol/Lに選択されている。
本実施例9においては、上記実施例1で使用している、オレイルアミン10.3g(0.04mol)に代えて、ジブチルアミノプロピルアミン(沸点:238℃;分子量186.34)7.3g(0.04mol)を使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。
(比較例1)
参考例2の方法で作製した無水ギ酸銅粉末(銅含有率:41.4%)12.1g(0.08mol)を秤量し、容量100mLの四つ口フラスコに入れる。該容量100mLの四つ口フラスコ中に、オレイルアミン(分子量267.49)42.2g(0.16mol)を添加する。該四つ口フラスコは、温度計と攪拌装置を装着しており、マントルヒーターを用いて、毎分0.5℃の昇温速度で加熱しながら、攪拌を行う。加熱に伴って、無水ギ酸銅粉末は、液相のオレイルアミン中に徐々に溶解する。その間、過渡的にゲル状物質の生成が確認される。液温上昇に従い、無水ギ酸銅とオレイルアミンとからなる錯体が形成され、均一な溶液となる。
参考例2の方法で作製した無水ギ酸銅粉末(銅含有率:41.4%)12.1g(0.08mol)を秤量し、容量100mLの四つ口フラスコに入れる。該容量100mLの四つ口フラスコ中に、2−(ジエチルアミノ)エタノール(分子量:117.19、沸点:162.1℃)17.8g(0.15mol)を添加する。該四つ口フラスコは、温度計と攪拌装置を装着しており、マントルヒーターを用いて、毎分0.5℃の昇温速度で加熱しながら、攪拌を行う。加熱に伴って、無水ギ酸銅粉末は、液相の2−(ジエチルアミノ)エタノール中に徐々に溶解する。すなわち、無水ギ酸銅と2−(ジエチルアミノ)エタノールとから、錯体が形成される結果、溶解は進み、該錯体と2−(ジエチルアミノ)エタノールの均一な溶液が形成される。
粉末状の無水ギ酸銅(銅含有率:41.4%)121g(0.79mol)を秤量し、温度計と攪拌装置を具備した容量1000mLの四つ口フラスコに入れる。該四つ口フラスコに、2−(ジエチルアミノ)エタノール(分子量:117.19、沸点:162.1℃)178g(1.52mol)を添加する。マントルヒーターを用いて毎分0.5℃の昇温速度で加熱しながら、液を攪拌する。液温上昇に従い、粉末状の無水ギ酸銅の溶解が進む。すなわち、無水ギ酸銅と2−(ジエチルアミノ)エタノールとから、錯体が形成される結果、溶解は進み、該錯体と2−(ジエチルアミノ)エタノールの均一な溶液が形成される。
上記参考例2に記載する方法に従って作製される無水ギ酸銅を中間原料として、金属銅粒子の作製を試みた他の例を、比較例4に示す。比較例4おいては、まず、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールの混合液中に、中間原料の無水ギ酸銅を溶解している。その結果、無水ギ酸銅1分子に対して、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールが、それぞれ、二座配位子として配位し、2つのギ酸アニオン種(HCOO-)が一座配位子として配位している錯体を作製している。また、比較例4においては、銅微粒子の作製時、反応溶液中に含有される銅の量は、約1.4mol−Cu/Lに選択されている。
2−(メチルアミノ)エタノール(分子量:75.11、沸点:159.6℃)7.51g(0.10mol)と1−(ジエチルアミノ)−2−プロパール(分子量:131.22、沸点:158.5℃)26.24g(0.20mol)を秤量し、容量300mLのビーカーに入れる。攪拌子と温度計を設置して、ホットスターラー上で攪拌して、混合液とする。この混合液中に、ホットスターラー上で攪拌しながら、参考例2に記載する方法で作製した、無水ギ酸銅粉末15.36g(銅含量:6.36g≒0.10mol)を添加する。加熱攪拌することにより、無水ギ酸銅粉末が溶解し、無水ギ酸銅と、2−(メチルアミノ)エタノールと1−(ジエチルアミノ)−2−プロパールとからなる錯体となり、均一な溶液となる。この均一な溶液に、スワクリーン150を7.36g添加して加熱攪拌を継続する。前記均一な溶液の液量と、添加されるスワクリーン150の液量の比率は、1容:0.2容となっている。
ギ酸銅の調製の際、副生する水分子を含む反応溶媒を除去し、無水ギ酸銅を回収する操作を実施せず、副生する水分子を含む反応溶媒中に混合されているギ酸銅を中間原料として、金属銅粒子の作製を試みた他の例を、比較例5に示す。
アセトン(分子量:58.08、沸点:57℃)30.00gとギ酸(分子量:46.03、濃度:95%)12.21g(0.25mol)を秤量し、攪拌子を具備した容量200mLのビーカーに入れ、室温で攪拌して、混合液を調製する。該混合液に、塩基性炭酸銅(銅含有率:55.5%)13.74g(銅換算:0.12mol)を添加する。
→ CuO + 2NR1R2-CH2CH(R3)-OH +2HCOOH↑
生成する酸化銅(II)は、微細な微粒子を構成する。
粉末状の無水ギ酸銅(銅含有率:41.4%)121g(0.79mol)を秤量し、温度計と攪拌装置を具備した容量1000mLの四つ口フラスコに入れる。該四つ口フラスコに、2−(ジエチルアミノ)エタノール(分子量:117.19、沸点:162.1℃)178g(1.52mol)を添加する。マントルヒーターを用いて毎分0.5℃の昇温速度で加熱しながら、液を攪拌する。液温上昇に従い、粉末状の無水ギ酸銅の溶解が進む。すなわち、無水ギ酸銅と2−(ジエチルアミノ)エタノールとから、錯体が形成される結果、溶解は進み、該錯体と2−(ジエチルアミノ)エタノールの均一な溶液が形成される。
本比較例7においては、上記実施例2で使用している、2−(ジエチルアミノ)エタノール102g(0.87mol)に代えて、2−(ジエチルアミノ)エタノール93g(0.79mol)を使用している。それ以外の反応条件は、実施例1に記載される条件と同じである。
Claims (12)
- 表面に被覆剤分子からなる被覆層を有する、平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微
粒子を製造する方法であって、
該金属銅微粒子の製造方法は、
液相中において、無水ギ酸銅を原料として、該無水ギ酸銅中に含まれる銅カチオンを、
銅原子に還元し、該銅原子から金属銅微粒子を形成する方法であり、
該方法は、
(工程1)
無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールを、アミノ窒素原子の総和が1.3モル量以上2モル量以下の範囲となる量を用いて、
無水ギ酸銅と前記アミノアルコールとを混合し、60℃以上90℃未満の範囲に選択する温度に加熱し、無水ギ酸銅を該アミノアルコール中に溶解してなる溶液を調製し、
該溶液中において形成される、無水ギ酸銅と前記二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液とする工程と、
(工程2)
工程1で調製される、前記無水ギ酸銅と二座配位子として機能するアミノアルコールとからなる錯体を含んでなる溶液に対して、該溶液の液量1容当たり、
沸点が130℃以上、250℃以下の非極性有機溶媒を、1/4容〜2容の範囲に選択される液量を混合して、混合液を調製する工程と、
(工程3)
工程2で調製される混合液を、85℃以上90℃以下の範囲に選択する温度に加熱し、
無水ギ酸銅に含まれる銅原子1モル量当たり、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノカルボン酸を、0.05モル量以上0.5モル量以下の範囲となる量、
沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノアミンまたは一座配位子として機能可能な脂肪族ジアミンを、0.05モル量以上0.15モル量以下の範囲となる量、
に選択して、選択された添加モル量の脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンを添加し、
前記混合液中に溶解してなる反応溶液を調製する工程と、
(工程4)
工程3で調製される反応溶液を、90℃以上120℃以下の範囲に選択する温度に加熱し、
前記脂肪族モノカルボン酸と、脂肪族モノアミンまたは脂肪族ジアミンの存在下において、二価の銅カチオン種を銅原子へと還元する反応を行い、
前記還元反応で生成する銅原子から、平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子を形成し、同時に、
形成される平均粒子径10nm〜50nmの金属銅微粒子の表面に、前記脂肪族モノアミン、脂肪族ジアミンまたは脂肪族モノカルボン酸からなる被覆層を形成する工程と
を有し、
前記工程3で調製される反応溶液中に含有される銅濃度は、
1.0mol/L〜2.4mol/Lの範囲に選択されている
ことを特徴とする金属銅微粒子の製造方法。 - 前記無水ギ酸銅は、
非プロトン性極性有機溶媒中において、塩基性炭酸銅に対して、過剰量のギ酸を作用させて、反応溶液中で無水ギ酸銅の析出物を形成し、
反応溶液中から該無水ギ酸銅の析出物を回収し、
回収される該無水ギ酸銅の析出物に残余する液体成分を蒸散させることによって、除去することで作製される、粉末状の無水ギ酸銅である
ことを特徴とする、請求項1に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールは、
該アミノアルコールのアミノ窒素原子上に、アルキル基が1または2置換してなる、N−アルキル置換アミノアルコールである
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールは、
炭素数1〜4のアルキル基の群から選択されるアルキルエタノールアミン、炭素数2〜4の直鎖アルキル基とイソプロピル基からなる群から選択されるN,N−ジアルキル−N−エタノールアミン、1−ジエチルアミノ−2−プロパノール、N−(1−メチルヘプチル)エタノールアミン、N−ベンジル−エタノールアミンからなる群から選択される
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、300℃以下の二座配位子として機能するアミノアルコールは、
2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(ブチルアミノ)エタノール、2−ジエチルアミノエタノール、2−(ジブチルアミノ)エタノール、1−ジエチルアミノ−2−プロパノールからなる群から選択される
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、250℃以下の非極性有機溶媒は、
沸点が130℃以上、250℃以下の炭化水素系溶剤である
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、250℃以下の炭化水素系溶剤は、
沸点が130℃以上、250℃以下の芳香族炭化水素系溶剤と脂環式炭化水素系溶剤からなる群より選択される
ことを特徴とする、請求項6に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノカルボン酸は、
炭素数8〜22の直鎖アルカン酸、炭素数8〜22の直鎖アルケン酸、炭素数8〜22の分枝状アルカン酸からなる群から選択される
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 沸点が130℃以上、500℃以下の脂肪族モノアミンは、
炭素数8〜24の直鎖アルキル鎖を有するモノアルキルアミンと、炭素数8〜24の分枝状アルキル鎖を有するモノアルキルアミンからなる群から選択される
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記無水ギ酸銅は、
示性式Cu(HCOO)2で表される無水ギ酸銅、または、示性式Cu(HCOO)2に対し、残余する水分量が、nH2O(0≦n<1)で表される、ギ酸銅である
ことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 前記無水ギ酸銅は、
示性式Cu(HCOO)2で表される無水ギ酸銅、または、示性式Cu(HCOO)2に対し、残余する水分量が、nH2O(0≦n<0.3)で表される、ギ酸銅である
ことを特徴とする、請求項10に記載の金属銅微粒子の製造方法。 - 少なくとも、前記工程3と工程4において、液温の加熱は、
該加熱時の昇温速度を、毎分0.1℃〜2.0℃の範囲に選択して行う
ことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に金属銅微粒子の製造方法。
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