CN101590530B - 一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法，包括还原反应、洗涤、表面化学处理和干燥处理步骤，所述还原反应是将还原剂和含铜起始物材料溶于溶剂中，在助剂的作用下，进行还原反应，反应温度是40～100℃，还原反应时间是2～5小时。所述的还原剂是维生素C(C6H806，Vc，)。所述的含铜起始物材料是在水溶液中可电离成Cu2+的物质，包括；所述的含铜起始物材料是水合硫酸铜、水合硝酸铜、水合氯化铜中的一种或几种；所述的溶剂是去离子水；所述的助剂是调节PH值用无机盐或碱性物质和表面活性剂用水溶性高分子材料。所得铜粉分散性好、不团聚、比表面积小、振实密度高、粒度大小可控制、粒度分布范围窄、抗氧化性能强。

Description

一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法
技术领域
本发明涉及铜粉的制备方法，尤其涉及一种高抗氧化性类球形铜粉的液相化学沉淀制备法。
背景技术
在电子电气工业中，对于导电金属材料而言，主要选择具有良好分散性，抗氧化性高，粒度适中的球形或近球形的粉体，能够使浆料有良好的流变性能，有效控制电极层厚薄，提高电极表面平整度，干燥后电极有优良的致密性，烧结收缩率小，具有良好的导电性。铜粉是应用最广泛的一种贱金属导电材料。目前在电子工业中应用最为广泛的是以雾化法生产的球形铜粉，用该方法制作的缺点是：设备投资庞大，制造成本大，对设备要求高，能耗高，产品粒度分布范围广，对操作者经验依赖程度高，批与批之间的重现性差等。
CN200810097400.3种制备球形超细铜粉的方法，涉及一种在同一体系中用两步还原获得球形超细铜粉方法。其特征是采用液相还原法，在同一体系中两步还原，以葡萄糖为预还原剂、水合肼为还原剂，通过调整铜盐浓度、分散剂的种类和用量、加液速度等条件制得1～5μm的球形铜粉。该方法工艺流程简单，适合用于工业上大规模生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适宜用于电子浆料制造中，分散性好、不团聚、比表面积小、振实密度高、粒度大小可控制、粒度分布范围窄、抗氧化性能强的类球形铜粉的制备方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法，包括还原反应、洗涤、表面化学处理和干燥处理步骤，所述还原反应是将还原剂和含铜起始物材料溶于溶剂中，在助剂的作用下，进行还原反应，反应温度是40～100℃，还原反应时间是2～5小时。所述的还原剂是维生素C(C6H8O6，Vc，)。所述的含铜起始物材料是在水溶液中可电离成Cu2+的物质，包括水合硫酸铜、水合硝酸铜、水合氯化铜中的一种或几种；所述的溶剂是去离子水；所述的助剂是调节PH值用无机盐或碱性物质和表面活性剂用水溶性高分子材料。
进一步：在上述的制备方法中，所述的无机盐或碱性物质是碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。所述的表面活性剂用水溶性高分子材料是聚乙烯醇PVA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、阿拉伯胶粉GumArabic、可溶性接枝淀粉中的一种或几种。所述还原反应原理是：
Cu2++C6H8O6＝＞Cu+C6H6O6+2H+
H++OH-＝＞H2O
Figure G2009100407318D00021
2CuOH+C6H8O6＝＞2Cu+C6H6O6+2H2O。
再进一步：在上述制备方法中，所述洗涤处理是用50～80℃去离子水将粉体洗涤3±2次，所述粉体与离子水的重量比是0.8～1.2∶5。所述的表面化学处理是混合乳液在25～50℃条件下浸润铜粉2-3分钟后，吸走取水分。所述的混合乳液是由聚合液体树脂与去离子水按照重量比为0.8～1.2∶100混合配制，所用聚合液体树脂是一种本领域技术人员常用的烯烃类多聚体混合物液体树脂。所述的干燥处理是鼓风干燥，干燥温度不高于65℃。
与现有技术相比，所述的还原剂是维生素C，维生素C可以把铜离子从离子状态还原出来，生成铜单质和酸，当酸累积到一定程度后，反应进入一种动态平衡中，要打破这种平衡需要加入一定的碱性物质进行中和，加碱后铜离子和氢氧根在维生素C存在的情况下，会同步发生反应，生成氢氧化亚铜和水，维生素C则会再进一步把氢氧化亚铜中的铜从溶液中还原出来。维生素C是一种强弱适中的还原剂，它可比较温和地把铜离子还原出来，反应过程容易控制。在铜粉制作过程中，在晶核形成期由于表面能过高容易形成团聚，加进一定量的表面活性剂，对晶核表面进行保护，则可以达到有效控制生成的铜粉颗粒大小的目的。所选用的含铜起始物原料、还原剂维生素C、助剂、溶剂等均是无毒、常规的化工原料，无污染，易采购。选用强弱适中的维生素C作还原剂，能有效控制反应速度，保证所得铜粉粒径大小可控、均匀且粒度分布范围窄，使用时可有效控制电极层厚薄。本发明所得的铜粉不团聚，具有良好单颗粒分散性，能够使浆料有良好的流变性能，干燥后电极有优良的致密性，烧结收缩率小，具有良好的导电性。粉体振实密度高，能有效提高浆料电极表面平整度，特别适合于配制电子浆料。采用有机树脂对粉体进行表面化学控制，大大提高了粉体的抗氧化性能，干燥可在大气中进行，不需要真空条件或者氮气氛保护，常温空气中保存。粉体使用与铜浆中的有机载体相近的有机聚合液体树脂进行表面化学处理，故在配浆时极易分散于有机载体中。设备投资少，产品成本低，工艺简单、易行，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备的类球形铜粉的SEM图
图2为本发明制备的类球形铜粉的VPSD图
图3为本发明制备的类球形铜粉的XRD图
图4为本发明制备的类球形铜粉的STA图
具体实施方式
本发明的主旨是选用强弱适中的维生素C作还原剂，能有效控制反应速度，保证所得铜粉粒径大小可控、均匀且粒度分布范围窄，使用时可有效控制电极层厚薄。选用聚合液体树脂有对粉体进行表面化学控制，大大提高了粉体的抗氧化性能，干燥可在大气中进行，不需要真空条件或者氮气氛保护，常温空气中保存。所得的铜粉不团聚、分散性好、粉体振实密度高、能有效提高浆料电极表面平整度，特别适合于配制电子浆料。使用该方法，设备投资少，产品成本低，工艺简单、易行，易于工业化生产。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，制备方法中温度、时间及材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
首先简述本发明制备方法的基本方案：一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法，包括还原反应、洗涤、表面化学处理和干燥处理步骤，所述还原反应是将还原剂和含铜起始物材料溶于溶剂中，在助剂的作用下，进行还原反应，反应温度是40～100℃，还原反应时间是2～5小时；所述的还原剂是维生素C；所述的含铜起始物材料是在水溶液中可电离成Cu2+的物质，包括水合硫酸铜、水合硝酸铜、水合氯化铜中的一种或几种；所述的溶剂是去离子水；所述的助剂是调节PH值用无机盐或碱性物质和表面活性剂用水溶性高分子材料。
实施例1
称取100g五水合硫酸铜，加入500ml去离子水，搅拌溶解待用，称作A溶液；
称取25g氢氧化钠，加入200ml去离子水，搅拌溶解待用，称作B溶液；
称取40g Vc，加入300ml去离子水，搅拌溶解待用，称作C溶液；
称取5g PVA，加入100ml去离子水，搅拌溶解待用，称作D溶液
称取0.25g聚合液体树脂，加入25ml去离子水，高速搅拌乳化至乳液状待用，称作E溶液。
把A、B、C、D四种溶液分别加热到50℃，在搅拌条件下把D、C、B溶液依次加入到A溶液中(每种溶液加入时间≤5分钟)，每次加完前一种溶液搅拌10分钟后再加入后一种溶液，直到加完为止；搅拌保温2小时，升温到65℃，再保温3小时。静置，待铜粉沉淀后，弃去上层溶液，用布氏漏斗过滤，用50-80℃去离子水洗涤三次；用E溶液浸泡2-3分钟，弃去溶液；用鼓风干燥箱60℃鼓风干燥。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例2
如实施例1，将五水合硫酸铜改为三水合硝酸铜，用量为97g，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例3
如实施例1，将五水合硫酸铜改为二水合氯化铜，用量为68.5g，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例4
如实施例1，将氢氧化钠改为氢氧化钾，用量为35g，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例5
如实施例1，将氢氧化钠改为含量为25-28％的氨水(不需要加去离子水，氨水原液即可)，用量为95ml，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例6
如实施例1，将PVA改为阿拉伯胶粉，用量相同，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
实施例7
如实施例1，将工艺改为加完料后搅拌保温2小时，升温到80℃，再保温2小时，其他不变。所得铜粉性能如表1所示。类球形铜粉的电子显微镜分析SEM(2500倍)如图1所示；类球形铜粉的激光粒度分布VPSD图如图2所示；类球形铜粉的X衍射分析XRD如图3所示；类球形铜粉的热分析STA图如图4所示。这4种测试分析方法都是本领域技术人员常用粒子分析方法。
表1
Figure G2009100407318D00061

Claims (2)

1.一种高抗氧化性类球形铜粉的制备方法，包括还原反应、洗涤、表面化学处理和干燥处理步骤，其特征在于：
所述还原反应是将还原剂和含铜起始物材料溶于溶剂中，在助剂的作用下，进行还原反应，反应温度是40～100℃，还原反应时间是2～5小时；
所述的还原剂是维生素C；
所述的含铜起始物材料是水合硫酸铜、水合硝酸铜、水合氯化铜中的一种或几种；
所述的溶剂是去离子水；
所述的助剂是调节pH值用无机盐或碱性物质和表面活性剂用水溶性高分子材料；
所述洗涤处理是用50～80℃去离子水将粉体洗涤3±2次，所述粉体与去离子水的重量比是0.8～1.2∶5；
所述的干燥处理是鼓风干燥，干燥温度不高于65℃；
所述的无机盐或碱性物质是碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种；
所述的表面化学处理是混合乳液在25～50℃条件下浸润铜粉2-3分钟后，吸走水分；
所述的混合乳液是由聚合液体树脂与去离子水按照重量比为0.8～1.2∶100混合配制；所用聚合液体树脂是烯烃多聚体混合物液体树脂。
2.根据权利要求1所述的高抗氧化性类球形铜粉的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂用水溶性高分子材料是聚乙烯醇PVA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、阿拉伯胶粉Gum Arabic、可溶性接枝淀粉中的一种或几种。
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