JP7003668B2 - 銅ナノインクの製造方法及び銅ナノインク - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、本発明に銅ナノインクの製造方法及び銅ナノインクの実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、当該銅ナノインクの製造方法は、銅ナノ粒子及びアニオンを含む銅ナノ粒子水分散液を調製する調製工程(S01)と、調製工程(S01)後の銅ナノ粒子水分散液を5℃以下で保管する保管工程(S02)とを備える。当該銅ナノインクの製造方法は、保管工程(S02)で上記銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度を0.1g/L以上1.0g/L以下、かつアニオン濃度を0.5g/L以上8.0g/L以下に制御する。なお、「銅ナノ粒子」とは、粒子径が1nm以上1μm未満の銅粒子をいう。
調整工程(S01)は、図2に示すように、銅ナノ粒子析出工程(S11)と、銅ナノ粒子洗浄工程(S12)と、銅ナノ粒子水分散液調製工程(S13)とを有する。
S11は、例えば液相還元法によって行われる。この液相還元法は、錯化剤及び分散剤を含む溶液中で銅イオンを還元剤によって還元させることで銅ナノ粒子を溶液中に析出させるものである。
S12では、S11で析出した銅ナノ粒子を洗浄する。S12では、銅ナノ粒子の表面に付着したアニオンの量を調整する。
S13では、S12で洗浄された銅ナノ粒子に水、好ましくは純水を加えて銅ナノ粒子水分散液を調製する。S13では、銅ナノ粒子の濃度を調整することで、銅ナノ粒子水分散液における銅イオン濃度及びアニオン濃度を調整する。なお、S13では、上記水と共に必要に応じて有機溶媒を所定の割合で配合してもよい。
S02では、S01で調製された銅ナノ粒子水分散液を保管する。当該銅ナノインクの製造方法では、銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度は銅ナノ粒子水分散液の調製直後から増加しやすい。そのため、銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度を適切に制御することができるよう、S02はS01の直後に行うことが好ましい。つまり、当該銅ナノインクの製造方法は、S01で調製された銅ナノ粒子水分散液をS01の直後から銅ナノ粒子水分散液の使用時までS02によって保管することが好ましい。これにより、得られる銅ナノインクにおける銅イオン濃度を十分に低く抑えることができる。S01による銅ナノ粒子水分散液の調製後S02を開始するまでの間隔の上限としては、5時間が好ましく、2時間がより好ましく、1時間がさらに好ましい。上記間隔が上記上限を超えると、S01とS02との間に銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度が高くなりすぎるおそれがある。なお、上記間隔は短い程好ましく、その下限は0時間とすることができる。なお、当該銅ナノインクの製造方法では、S02で保管された後の銅ナノ粒子水分散液を「銅ナノインク」とよぶ。
当該銅ナノインクは、銅ナノ粒子及びアニオンが水中に分散した銅ナノインクであって、銅イオン濃度が0.1g/L以上1.0g/L以下、かつアニオン濃度が0.5g/L以上8.0g/L以下であり、銅イオン濃度の変化率をR[%/h]、銅ナノインクの保管温度をT[℃]とした場合、1.0×10-2×T≦R≦9.0×10-2×Tである。当該銅ナノインクは、例えば上述の調製工程(S01)によって調整された銅ナノ粒子水分散液から構成されてもよく、保管工程(S02)によって保管後の銅ナノ粒子水分散液から構成されてもよい。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
(調製工程)
〈銅ナノ粒子析出工程〉
反応タンクに還元剤としての三塩化チタン溶液800g(0.1M)、pH調整剤としての炭酸ナトリウム500g、錯化剤としてのクエン酸ナトリウム900g、及び分散剤としてのポリビニルピロリドン(分子量30000)10gを純水10Lに溶解し、この水溶液を35℃に保温した。この水溶液に同温度で保温した硝酸銅三水和物100g(0.04M)の水溶液を攪拌しながら2秒で投入して、銅粒子25gを析出させ、銅ナノ粒子及び三塩化チタンに由来する塩素イオンを含む銅ナノ粒子分散液を調製した。
上記銅ナノ粒子析出工程で析出させた銅ナノ粒子を遠心分離機を用い、銅ナノ粒子を含む銅ナノ粒子濃縮液と液相とに遠心加速度70000Gで遠心分離した。この銅ナノ粒子濃縮液に純水1Lを加えて超音波で銅ナノ粒子を再分散させたのち、再度遠心加速度70000Gで遠心分離して銅ナノ粒子濃縮液と液相とに分離した。その後、さらにこの銅ナノ粒子濃縮液に純水1Lを加えて超音波で銅ナノ粒子を再分散させ、再度遠心加速度70000Gで遠心分離して銅ナノ粒子濃縮液と液相とに分離することで銅イオン濃度及びアニオン濃度を調整した。
上記銅ナノ粒子洗浄工程で洗浄した銅ナノ粒子に純水を加えて銅ナノ粒子の濃度を30質量%とした銅ナノ粒子水分散液を調製した。この銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度及びアニオン濃度(塩素イオン濃度)を表1に示す。また、マイクロトラック・ベル社製の「NanoTrac Wave」を用い、この銅ナノ粒子水分散液に含まれる銅ナノ粒子の平均粒子径(D50)を測定した。この測定結果を表1に示す。さらに、アニオン濃度をC[g/L]、銅ナノ粒子の平均粒子径をD[nm]とした場合のC×Dの値を表1に示す。
次に、銅ナノ粒子水分散液調製工程直後に、銅ナノ粒子水分散液調製工程で調製された銅ナノ粒子水分散液を内部温度を5℃に保った冷蔵庫内に保管した。保管日数30日目、50日目及び100日目における銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度及びアニオン濃度を表2に示す。また、保管日数30日目、50日目及び100日目における銅イオン濃度の変化率[%/h]を表2に示す。
銅ナノ粒子水分散液調製工程で調製した銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度、アニオン濃度(塩素イオン濃度)及び銅ナノ粒子の平均粒子径を表1の通りとした以外、No.1と同様にして銅ナノインクを製造した。
銅ナノ粒子水分散液調製工程で調製した銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度、アニオン濃度(塩素イオン濃度)及び銅ナノ粒子の平均粒子径を表1の通りとし、上記保管工程での銅ナノ粒子水分散液の保管温度を25℃とした以外、No.1と同様にして銅ナノインクを製造した。
銅ナノ粒子水分散液調製工程で調製した銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度、アニオン濃度(塩素イオン濃度)及び銅ナノ粒子の平均粒子径を表1の通りとし、上記保管工程での銅ナノ粒子水分散液の保管温度を2℃とした以外、No.1と同様にして銅ナノインクを製造した。
表1及び表2に示すように、上記銅ナノ粒子水分散液調製工程で銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度及びアニオン濃度(塩素イオン濃度)を適切に調整し、かつ上記保管工程で銅ナノ粒子水分散液を5℃以下で保管したNo.1~No.3及びNo.7~No.9は、保管日数が長くなっても銅イオン濃度が1.0g/L以下に抑えられており、得られる銅ナノインク中の銅ナノ粒子の分散性に優れている。特に、上記保管工程での保管温度が2℃であるNo.7~No.9は、上記保管工程での保管温度が5℃であるNo.1~No.3よりも銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度を低く抑えることができている。
Claims (4)
- 銅ナノ粒子及びアニオンを含む銅ナノ粒子水分散液を調製する調製工程と、
上記調製工程後の銅ナノ粒子水分散液を5℃以下で保管する保管工程と
を備え、
上記調製工程で、上記銅ナノ粒子を液相還元法によって形成し、
上記アニオンが塩素イオンであり、
上記保管工程で上記銅ナノ粒子水分散液の銅イオン濃度を0.1g/L以上1.0g/L以下、かつアニオン濃度を0.5g/L以上8.0g/L以下に制御する銅ナノインクの製造方法。 - 上記調製工程で上記アニオン濃度をC[g/L]、上記銅ナノ粒子の平均粒子径をD[nm]とした場合、50≦C×D≦150となるよう制御する請求項1に記載の銅ナノインクの製造方法。
- 上記保管工程を上記調製工程直後に行う請求項1又は請求項2に記載の銅ナノインクの製造方法。
- 銅ナノ粒子及びアニオンが水中に分散した銅ナノインクであって、
上記アニオンが塩素イオンであり、
銅イオン濃度が0.1g/L以上1.0g/L以下、かつアニオン濃度が0.5g/L以上8.0g/L以下であり、
銅イオン濃度の変化率をR[%/h]、銅ナノインクの保管温度をT[℃](T≦25)とした場合、1.0×10-2×T≦R≦9.0×10-2×Tである銅ナノインク。
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