JP2018150607A - Nickel powder water slurry and method for producing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒径がナノレベルのニッケル粉末を含むニッケル粉末の水スラリーに関する。 The present invention relates to an aqueous slurry of nickel powder including nickel powder having a nano particle size.
ニッケル粉末は、厚膜導電体を作製するための導電ペーストの材料として使用されている。厚膜導電体は、電気回路の形成や、積層セラミックコンデンサおよび多層セラミック基板などの積層セラミック部品の電極などに用いられている。 Nickel powder is used as a material for a conductive paste for producing a thick film conductor. Thick film conductors are used in the formation of electric circuits, electrodes of multilayer ceramic components such as multilayer ceramic capacitors and multilayer ceramic substrates.
このような積層セラミック部品である積層セラミックコンデンサは、以下のような工程で製造されている。
まず、ニッケル粉末とエチルセルロースなどの樹脂とターピネオールなどの有機溶剤などとをロールミルやビーズミルなどの混練装置で混練した導電ペーストを誘電体グリーンシート上にスクリーン印刷する。印刷された導電ペーストが交互に重なるように誘電体グリーンシートを積層し圧着する。その後、積層体を所定の大きさにカットし、有機バインダとして使用したエチルセルロースなどの樹脂の燃焼、除去を行う脱バインダ処理を行って、１３００℃まで高温焼成する。そして、このセラミック体に外部電極を取り付けて積層セラミックコンデンサとする。
A multilayer ceramic capacitor which is such a multilayer ceramic component is manufactured by the following process.
First, a conductive paste obtained by kneading a nickel powder, a resin such as ethyl cellulose and an organic solvent such as terpineol with a kneading apparatus such as a roll mill or a bead mill is screen-printed on a dielectric green sheet. Dielectric green sheets are laminated and pressure-bonded so that the printed conductive pastes are alternately stacked. Thereafter, the laminate is cut into a predetermined size, subjected to a binder removal process for burning and removing a resin such as ethyl cellulose used as an organic binder, and fired at a high temperature up to 1300 ° C. Then, an external electrode is attached to the ceramic body to obtain a multilayer ceramic capacitor.
近年、小型化、高容量化が求められている積層セラミックコンデンサは、内部電極、誘電体ともに薄層化が進められており、内部電極層と誘電体層が薄層化するに従って、内部電極層に使用されるニッケル粉末、誘電体層に使用されるチタン酸バリウムなどは微粒化する傾向にある。
この内部電極に使用されるニッケル粉末の合成方法には、液相中で合成される湿式法や還元ガスを用いて合成する乾式法などがあり、合成後のニッケル粉末は不純物を除去するための洗浄や湿式での表面処理などを行ってから乾燥される。またニッケルの乾燥粉末をそのまま用いてペースト化しようとすると、乾燥凝集が強すぎて十分にニッケル粉末が分散したペーストにならないことがあるため、ペースト化の前にニッケル粉末は乾式分散機で解砕されることが多い。
In recent years, multilayer ceramic capacitors for which miniaturization and high capacity have been demanded have been made thinner for both internal electrodes and dielectrics. As the internal electrode layers and dielectric layers become thinner, the internal electrode layers Nickel powders used for coating, barium titanate used for dielectric layers, etc. tend to be atomized.
There are two methods for synthesizing the nickel powder used in the internal electrode, such as a wet method synthesized in a liquid phase and a dry method synthesized using a reducing gas. The synthesized nickel powder is used to remove impurities. It is dried after washing or wet surface treatment. In addition, when trying to make a paste using the dry powder of nickel as it is, the dry agglomeration is too strong and the nickel powder may not be sufficiently dispersed, so the nickel powder should be crushed with a dry disperser before making the paste. Often done.
ところで、ニッケル粉末を含む内部電極用ペーストの最も簡便な製造方法は、乾燥工程や乾燥凝集を解消するための乾式分散処理工程が省略され、ニッケル粉末を乾燥させることなく湿式系での処理のみでペースト化する方法である。またこの簡便な製造方法であれば、ニッケル粉末の平均粒径が１００ｎｍ以下の際に高まる乾燥工程や乾式分散工程時の急激な表面酸化による発火の危険性も回避することが可能となる。 By the way, the simplest manufacturing method of the paste for internal electrodes containing nickel powder omits the drying step and the dry dispersion treatment step for eliminating the dry aggregation, and only the treatment in the wet system without drying the nickel powder. This is a method of making a paste. Also, with this simple manufacturing method, it is possible to avoid the risk of ignition due to rapid surface oxidation during the drying process or the dry dispersion process that increases when the average particle size of the nickel powder is 100 nm or less.
そのため、特に平均粒径が１００ｎｍ以下となるニッケル粉末においては、ニッケル粉末の合成後から一貫して湿式系で処理した水スラリー状態のニッケル粉末が求められることがある。 For this reason, particularly in the case of nickel powder having an average particle size of 100 nm or less, nickel powder in a water slurry state that is consistently treated by a wet system after synthesis of the nickel powder may be required.
しかしながら、長期に渡って水中に保管されたニッケル粉末は、水中での酸化によりニッケル粉末の表面に突起状の水酸化ニッケルが発生しやすい。そのため、ニッケル粉末を水に浸漬した状態で保管する場合は、酸化防止を処方しておく必要がある。
このような水中での酸化を防止する方法として、当業者であれば、特許文献１や特許文献２から、水にアルコールを添加しておく方法や溶存酸素を除去した水にて浸漬し封止する方法に容易に想到するが、本手法での水中酸化による水酸化ニッケルの発生抑制は不十分である。そのため、水スラリー中での水酸化ニッケルの発生を十分に抑制できる優れた酸化抑制方法が必要となっている。
However, nickel powder stored in water for a long period of time tends to generate protruding nickel hydroxide on the surface of the nickel powder due to oxidation in water. Therefore, when storing nickel powder immersed in water, it is necessary to prescribe antioxidant.
As a method for preventing such oxidation in water, those skilled in the art can use a method in which alcohol is added to water or a method in which water is removed from dissolved oxygen and sealed from Patent Documents 1 and 2. However, the suppression of nickel hydroxide generation by oxidation in water in this method is insufficient. Therefore, an excellent oxidation suppressing method that can sufficiently suppress the generation of nickel hydroxide in the water slurry is required.
純水を溶媒としたニッケル粉末の水スラリーにおいて、水中での酸化によってニッケル粉末表面に生じる突起状の水酸化ニッケルの発生が抑制されたニッケル粉末の水スラリーを提供する。 In a water slurry of nickel powder using pure water as a solvent, a water slurry of nickel powder in which the generation of protruding nickel hydroxide generated on the surface of the nickel powder by oxidation in water is suppressed.
本発明の第１の発明は、水とニッケル粉末と水溶性の抗酸化物質を含むことを特徴とするニッケル粉末の水スラリーである。 A first invention of the present invention is a water slurry of nickel powder characterized by containing water, nickel powder and a water-soluble antioxidant substance.
本発明の第２の発明は、第１の発明において抗酸化物質が、アスコルビン酸またはポリフェノール類であることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an aqueous slurry of nickel powder according to the first aspect, wherein the antioxidant substance is ascorbic acid or polyphenols.
本発明の第３の発明は、第２の発明におけるポリフェノール類が、エピガロカテキンまたはエピガロカテキンガラートであることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーである。 A third invention of the present invention is an aqueous slurry of nickel powder characterized in that the polyphenols in the second invention are epigallocatechin or epigallocatechin gallate.
本発明の第４の発明は、第１から第３の発明におけるニッケル粉末の平均粒径が、１０ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an aqueous slurry of nickel powder characterized in that the average particle size of the nickel powder in the first to third aspects is 10 nm to 150 nm.
本発明の第５の発明は、ニッケル粉末を得る第１の工程、前記第１の工程で得られたニッケル粉末を、水又はアルコール類を用いて洗浄し、その後、洗浄後スラリーを得る第２の工程、前記第２の工程で得られた洗浄後スラリーに含まれるニッケル粉末の含有量を調製してスラリーの濃度調製を行った調製後スラリーを形成した後、前記調製後スラリーに水溶性の抗酸化物質の水溶液を加えて撹拌して水スラリーを作製する第３の工程を経ることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーの製造方法である。 5th invention of this invention is the 1st process of obtaining nickel powder, the nickel powder obtained by the said 1st process is wash | cleaned using water or alcohol, Then, the 2nd which obtains slurry after washing | cleaning After the formation of the prepared slurry, the content of the nickel powder contained in the washed slurry obtained in the second step was adjusted to adjust the concentration of the slurry, and then the water soluble in the prepared slurry. A method for producing an aqueous slurry of nickel powder, wherein a third step of preparing an aqueous slurry by adding an aqueous solution of an antioxidant and stirring the mixture is provided.
本発明の第６の発明は、第５の発明における抗酸化物質が、アスコルビン酸またはポリフェノール類であることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーの製造方法である。 A sixth invention of the present invention is a method for producing an aqueous slurry of nickel powder, characterized in that the antioxidant substance in the fifth invention is ascorbic acid or polyphenols.
本発明の第７の発明は、第６の発明におけるポリフェノール類が、エピガロカテキンまたはエピガロカテキンガラートであることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーの製造方法である。 A seventh invention of the present invention is a method for producing an aqueous slurry of nickel powder, wherein the polyphenol in the sixth invention is epigallocatechin or epigallocatechin gallate.
本発明の第８の発明は、第５から第７の発明におけるニッケル粉末の平均粒径が、１０ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーの製造方法である。 An eighth invention of the present invention is a method for producing an aqueous slurry of nickel powder, characterized in that the nickel powder according to the fifth to seventh inventions has an average particle size of 10 nm to 150 nm.
純水を溶媒としたニッケル粉末の水スラリーにおいて、抗酸化物質であるアスコルビン酸、ポリフェノール類を含む水溶液にてニッケル粉末を保管することで、ニッケル粉末表面に発生する突起状の水酸化ニッケルの発生を抑制することができる。 Generation of protruding nickel hydroxide generated on the surface of nickel powder by storing nickel powder in an aqueous solution containing antioxidants ascorbic acid and polyphenols in an aqueous slurry of nickel powder using pure water as a solvent Can be suppressed.
本水スラリーは、ニッケル粉末を合成する第１の工程、合成されたニッケル粉末に含まれる不純物の除去および合成されたニッケル粉末の凝集体を解砕する第２の工程、水スラリー中のニッケル粉末の濃度調製と水スラリーに抗酸化物質を添加する第３の工程から構成されている。 The present water slurry is a first step of synthesizing nickel powder, a second step of removing impurities contained in the synthesized nickel powder and crushing the aggregate of the synthesized nickel powder, the nickel powder in the water slurry And the third step of adding an antioxidant to the water slurry.
［第１の工程］
適用されるニッケル粉末の合成方法は特に限定されず、１５０ｎｍ以下のニッケル粉末を得やすい気相法、湿式法、固相法のいずれでも良い。気相法としては微粉末を合成しやすいプラズマによる合成方法や化学気相法が適しており、湿式法としてはニッケルよりもイオン化傾向が小さい異種金属を核剤としてニッケルの化学種とヒドラジンなどの還元剤を用いた合成方法が適している。
[First step]
The method for synthesizing the applied nickel powder is not particularly limited, and any of a vapor phase method, a wet method, and a solid phase method that can easily obtain a nickel powder of 150 nm or less may be used. As the vapor phase method, a plasma synthesis method or chemical vapor phase method, which is easy to synthesize fine powder, is suitable. A synthesis method using a reducing agent is suitable.
湿式法によるニッケル粉末を合成する方法の一例を説明する。
還元を行う水溶液である還元工程水溶液の調製と、還元工程での反応について説明する。
An example of a method for synthesizing nickel powder by a wet method will be described.
The preparation of the reducing step aqueous solution, which is an aqueous solution for reduction, and the reaction in the reducing step will be described.
次の３種類の水溶液を調製する。
水溶液Ｉは、ニッケル塩の水溶液で、ニッケル塩に由来するニッケルの化学種が含まれる。
水溶液ＩＩはアルカリ性の水溶液である。
水溶液ＩＩＩは、ニッケル塩に由来するニッケルの化学種に対して還元作用を有する水溶液である。
The following three types of aqueous solutions are prepared.
The aqueous solution I is an aqueous solution of a nickel salt, and includes a chemical species of nickel derived from the nickel salt.
The aqueous solution II is an alkaline aqueous solution.
The aqueous solution III is an aqueous solution having a reducing action on the chemical species of nickel derived from the nickel salt.
以上の３種類の水溶液を用いた還元工程水溶液の調製は、各水溶液を以下に示す順序で、混合することが望ましい。
水溶液ＩＩと水溶液Ｉを予め混合し、その後水溶液ＩＩＩを混合する順序、水溶液ＩＩと水溶液ＩＩＩを予め混合し、その後、水溶液Ｉを混合する順序、水溶液ＩＩを分割し、水溶液Ｉおよび水溶液ＩＩＩに混合した後に、水溶液ＩＩを混合した水溶液Ｉと水溶液ＩＩを混合した水溶液ＩＩＩを混合する順序のいずれかが望ましい。
すなわち、最終的に水溶液Ｉと水溶液ＩＩＩが混合されれば良く、両者の混合で還元工程水溶液を形成できる。
In the preparation of the reduction process aqueous solution using the above three types of aqueous solutions, it is desirable to mix the aqueous solutions in the order shown below.
Aqueous solution II and aqueous solution I are premixed, and then aqueous solution III is mixed, aqueous solution II and aqueous solution III are premixed, then aqueous solution I is mixed, aqueous solution II is divided, and mixed into aqueous solution I and aqueous solution III. Then, any one of the order of mixing the aqueous solution I mixed with the aqueous solution II and the aqueous solution III mixed with the aqueous solution II is desirable.
That is, it is sufficient that the aqueous solution I and the aqueous solution III are finally mixed, and the reduction process aqueous solution can be formed by mixing both of them.
水溶液Ｉ、水溶液ＩＩ、水溶液ＩＩＩのいずれかに、ニッケルの化学種と錯イオンを形成する錯化剤が含まれていることが望ましい。
水溶液Ｉ、水溶液ＩＩ、水溶液ＩＩＩを混合して得られる還元工程水溶液で、ニッケル粉末が合成される際にニッケルの化学種と錯イオンを形成する錯化剤が含まれていれば、錯化剤の目的は達成される。
It is desirable that any one of the aqueous solution I, the aqueous solution II, and the aqueous solution III contains a complexing agent that forms complex ions with nickel species.
A reducing agent aqueous solution obtained by mixing aqueous solution I, aqueous solution II, and aqueous solution III, and containing a complexing agent that forms complex ions with nickel species when nickel powder is synthesized. The purpose of is achieved.
この錯化剤を含ませることで、ニッケルの化学種から還元されるニッケル粉末の形状は制御できる。錯化剤を添加しない場合、ニッケルの化学種から合成されるニッケル粉末はウニの様なとげを多方向に伸ばした局所的に成長した粉末となる。ニッケルの化学種が錯化剤とニッケルの錯イオンを形成していれば、錯化剤の配位の効果によりニッケル粉末の成長が全方向に略一定となる。錯化剤の効果は、ニッケルの錯イオンからニッケルの水酸化物を経由してニッケル粉末を合成する場合も同様である。 By including this complexing agent, the shape of the nickel powder reduced from the nickel species can be controlled. When the complexing agent is not added, the nickel powder synthesized from the nickel species becomes a locally grown powder in which thorns such as sea urchins are stretched in multiple directions. If the nickel species form a complexing agent and a complex ion of nickel, the growth of nickel powder becomes substantially constant in all directions due to the coordination effect of the complexing agent. The effect of the complexing agent is the same when nickel powder is synthesized from nickel complex ions via nickel hydroxide.
使用する錯化剤としては、有機物ならば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基などを有し、ニッケルの化学種と錯体を形成する効果を有するものであればよく、エチレンジアミンなどのアミン類、蟻酸、酢酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸などのカルボン酸類が挙げられる。また、無機物の錯化剤としてはアンモニアやシアンなどが挙げられる。 As a complexing agent to be used, any organic substance may be used as long as it has a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, etc., and has an effect of forming a complex with a nickel chemical species. , Carboxylic acids such as acetic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid and ascorbic acid. Examples of inorganic complexing agents include ammonia and cyanide.
ニッケル粉末の粒径を制御するニッケルよりもイオン化傾向の小さい異種金属は、水溶液Ｉ、水溶液ＩＩ、水溶液ＩＩＩのいずれかに含有させれば良く、その異種金属の水溶液または異種金属塩の形で加える。
ニッケルよりもイオン化傾向の小さい異種金属は、水溶液Ｉ、水溶液ＩＩ、水溶液ＩＩＩが混合されて得られる還元工程水溶液で、微粒子を形成していれば、異種金属の添加目的は達成される。
The foreign metal having a smaller ionization tendency than nickel, which controls the particle size of the nickel powder, may be contained in any one of the aqueous solution I, the aqueous solution II, and the aqueous solution III, and is added in the form of an aqueous solution or a foreign metal salt of the different metal. .
The foreign metal having a smaller ionization tendency than nickel is a reduction process aqueous solution obtained by mixing the aqueous solution I, the aqueous solution II, and the aqueous solution III, and if the fine particles are formed, the purpose of adding the different metal is achieved.
これら異種金属は、ニッケルよりもイオン化傾向が小さいため、水溶液ＩＩＩに含まれる還元剤により、ニッケルの化学種よりも優先的に還元され、ニッケルの化学種から還元されて得られるニッケル粉末の核となる。 Since these different kinds of metals have a lower ionization tendency than nickel, the reducing agent contained in the aqueous solution III is preferentially reduced over the nickel species and reduced from the nickel species. Become.
また、この異種金属の微粒子の数は、ニッケル粉末の核であるので、制御する必要がある。すなわち、異種金属のモル数を制御することで、ニッケルの化学種から還元されるニッケル粉末の粒径を制御することができる。 Further, the number of fine particles of the different metal is the core of the nickel powder, so it needs to be controlled. That is, by controlling the number of moles of dissimilar metals, the particle size of the nickel powder reduced from the nickel species can be controlled.
ニッケルよりもイオン化傾向の小さい異種金属としては、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、銅などの各元素が挙げられ、特にニッケルと固溶するパラジウム、銅などが適している。その他の元素のうち、ニッケルと固溶しない元素は、ニッケルと固溶するパラジウムや銅といった元素と固溶しながらパラジウムや銅を微細化する効果を有しているので添加することが望ましい。 Examples of the dissimilar metal having a smaller ionization tendency than nickel include elements such as gold, silver, palladium, rhodium, iridium, and copper. In particular, palladium, copper, and the like that are solid-dissolved with nickel are suitable. Of the other elements, an element that does not form a solid solution with nickel is preferably added because it has an effect of refining palladium or copper while dissolving with an element such as palladium or copper that forms a solid solution with nickel.
異種金属の微粒子の凝集を抑制するために保護コロイド剤が、還元工程水溶液に含まれることが望ましい。
保護コロイド剤としては、異種金属の微粒子（例えば、パラジウムからなるコロイド粒子）を取り囲み、保護コロイドの形成に寄与するものであればよく、特にゼラチンが好ましいが、その他、ポリビニルピロリドン、アラビアゴム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリビニルアルコールなどを用いることもできる。
保護コロイド剤の添加量は、ニッケル質量１００％に対して、０．００２５〜０．２質量％が望ましい。理由としては、ニッケル中に有機化合物である分散剤が不純物として残留しやすいためである。
In order to suppress aggregation of fine particles of different metals, it is desirable that a protective colloid agent is contained in the reduction process aqueous solution.
The protective colloid agent is not particularly limited as long as it surrounds fine particles of different metals (for example, colloidal particles made of palladium) and contributes to the formation of protective colloid, and gelatin is particularly preferable. In addition, polyvinylpyrrolidone, gum arabic, hexametalin Sodium acid, polyvinyl alcohol, etc. can also be used.
The addition amount of the protective colloid agent is preferably 0.0025 to 0.2% by mass with respect to 100% of nickel mass. This is because the dispersant, which is an organic compound, tends to remain as an impurity in nickel.
さらに、異種金属のコロイド状の微粒子を作製する際の温度は、特に制限されないが、５０℃〜９５℃が好ましく、特に６０℃〜８５℃が好ましく、極力撹拌されていることが望ましい。
加温する理由としては、保護コロイド剤のゼラチンの絡み合った高分子鎖が解され、所望の保護コロイド効果が発揮されやすいからである。また極力撹拌する理由としては、十分に撹拌されていない場合、微細な核が得られず、ニッケルの化学種から合成されるニッケル粉末の粒径が所望レベルに制御できないためである。
Furthermore, the temperature at which the colloidal fine particles of different metals are produced is not particularly limited, but is preferably 50 ° C. to 95 ° C., particularly preferably 60 ° C. to 85 ° C., and is desirably stirred as much as possible.
The reason for heating is that the polymer chains intertwined with the protective colloid agent gelatin are broken and the desired protective colloid effect is easily exhibited. Further, the reason for stirring as much as possible is that, if not sufficiently stirred, fine nuclei cannot be obtained, and the particle size of the nickel powder synthesized from the chemical species of nickel cannot be controlled to a desired level.
水溶液Ｉと水溶液ＩＩＩが混合されて得られる還元工程水溶液のｐＨは１０以上であり、望ましくは１２以上である。ｐＨが１０未満ではニッケルの化学種がニッケルに還元されにくくなるためである。 The pH of the reducing step aqueous solution obtained by mixing the aqueous solution I and the aqueous solution III is 10 or more, preferably 12 or more. This is because if the pH is less than 10, the nickel species are difficult to be reduced to nickel.
水溶液Ｉ、水溶液ＩＩ、水溶液ＩＩＩが混合される前の温度は、室温付近２５℃として、その後加温保持してもよいし、混合前にも加温して、その後、更に加温保持しても良い。
還元工程水溶液の温度が、５０℃〜８５℃になれば還元反応が進行してニッケルの化学種がニッケルまで還元される。
このように還元工程水溶液中で、ニッケルの化学種がニッケルまで還元されてニッケル粉末を生じる工程が、本発明におけるニッケル還元工程であり、その還元処理の進行に伴い、還元工程水溶液中のニッケルの化学種と還元剤が消費され、ニッケル粉末が還元工程水溶液中に合成される。
The temperature before the aqueous solution I, the aqueous solution II, and the aqueous solution III are mixed is set to 25 ° C. near room temperature, and may be kept warm after that, or may be kept warm before mixing, and then further kept warm. Also good.
When the temperature of the aqueous solution in the reduction process reaches 50 ° C. to 85 ° C., the reduction reaction proceeds and the nickel species are reduced to nickel.
In this way, in the reduction process aqueous solution, the process in which the nickel species are reduced to nickel to produce nickel powder is the nickel reduction process in the present invention, and as the reduction process proceeds, the nickel in the reduction process aqueous solution Chemical species and reducing agent are consumed, and nickel powder is synthesized in the reducing process aqueous solution.
ニッケルよりもイオン化傾向が小さい異種金属の水溶液、ニッケル塩水溶液、還元剤、錯化剤が、混合される際の反応器は、回分式反応器、半回分式反応器もしくは流通管型反応器のいずれでもよい。
合成したニッケル粉末は、公知の固液分離方法により、液体を分離すると、平均粒径１０ｎｍ〜１５０ｎｍのニッケル粉末が得られる。
The reactor when the aqueous solution of different metals, nickel salt aqueous solution, reducing agent, complexing agent having a smaller ionization tendency than nickel is mixed is a batch reactor, a semi-batch reactor or a flow tube reactor. Either is acceptable.
When the synthesized nickel powder is separated by a known solid-liquid separation method, nickel powder having an average particle size of 10 nm to 150 nm is obtained.
［第２の工程］
合成されたニッケル粉末は、不純物がニッケル粉末表面に残留し、かつ凝集体となっていることが多いので洗浄、解砕処理を行う。なお、ニッケル粉末に残留する不純物は、気相法、湿式法、固相法のいずれの場合も、原材料にニッケル塩を使用するため存在する。
[Second step]
In the synthesized nickel powder, impurities remain on the surface of the nickel powder and are often agglomerated, so washing and crushing are performed. Impurities remaining in the nickel powder are present because a nickel salt is used as a raw material in any of the vapor phase method, the wet method, and the solid phase method.
不純物除去は、純水を媒体として所定時間撹拌した後に固液分離し、形成されたケーキ層を貫通洗浄することによってなされることが多い。不純物除去されたケーキ状態のニッケル粉末の解砕は、純水もしくはエタノールなどのアルコールを溶媒としてニッケル粉末が再スラリー化された後に、湿式分散機で行われることが多い。アルコールを溶媒として分散処理した際には、水スリラーとするために、再度、水置換すれば良い。 Impurity removal is often performed by solid-liquid separation after stirring for a predetermined time using pure water as a medium, and through-cleaning the formed cake layer. The pulverization of cake-like nickel powder from which impurities have been removed is often performed in a wet disperser after the nickel powder is reslurried using pure water or alcohol such as ethanol as a solvent. When the dispersion treatment is performed using alcohol as a solvent, water replacement may be performed again to obtain a water thriller.
別の方法としては、純水を媒体としたニッケル粉末のスラリーを所定時間撹拌した後に、そのスラリーに更に一定量の純水を添加しながら、湿式分散機と限外ろ過器を経由させ、循環させてニッケル粉末のスラリーに含まれる不純物を低減する方法が考えられる。
十分にニッケル粉末が洗浄されたかは、得られたニッケルケーキを貫通した純水や限外ろ過器から排出された純水の電気伝導度を調べることで判定できる。例えば、５０μＳ／ｃｍ以下であれば、洗浄できていると判定できる。
なお、不純物除去や凝集体の解砕の処理にかかる時間においては、ニッケル粉末の表面に水酸化ニッケルの突起が発生したり、水酸化ニッケル粉末が発生したりすることは確認されない。
As another method, after stirring a slurry of nickel powder using pure water as a medium for a predetermined time, adding a certain amount of pure water to the slurry, circulating it through a wet disperser and an ultrafilter. A method of reducing the impurities contained in the nickel powder slurry is conceivable.
Whether or not the nickel powder has been sufficiently washed can be determined by examining the electric conductivity of pure water penetrating the obtained nickel cake or pure water discharged from the ultrafilter. For example, if it is 50 μS / cm or less, it can be determined that cleaning has been performed.
In addition, it is not confirmed that nickel hydroxide protrusions or nickel hydroxide powder is generated on the surface of the nickel powder during the time required for the impurity removal or aggregate crushing process.
［第３の工程］
不純物の除去および解砕されたニッケル粉末の水スラリーは、ニッケル粉末の濃度が３０質量％以下であり、ニッケル粉末の濃度の調製（濃縮）を行う必要があることが多い。そのために静置沈降し上澄み液を除去する。固形分濃度が高くなり過ぎると、抗酸化物質を添加した際にニッケル粉末表面に抗酸化物質を均一に行き渡らせることが困難となるため、液体状の流動性が保てる程度に濃縮した調製後スラリーとすることが望ましい。
[Third step]
The aqueous slurry of nickel powder from which impurities have been removed and crushed has a nickel powder concentration of 30% by mass or less, and it is often necessary to prepare (concentrate) the concentration of nickel powder. Therefore, it settles and settles and a supernatant liquid is removed. If the solid content becomes too high, it will be difficult to distribute the antioxidant uniformly on the nickel powder surface when the antioxidant is added, so the slurry after preparation is concentrated to the extent that liquid fluidity can be maintained. Is desirable.
流動性が保持された調製後スラリーは、その後、固形の抗酸化物質を添加して撹拌して均質化しても良いし、固形の抗酸化物質を溶解した水溶液を添加して撹拌して均質化しても良い。なお、水溶液を添加して撹拌する方が均質化しやすいため好ましい。
その添加量は、「ニッケル量に対して０．１〜５質量％」である。
The prepared slurry that maintains fluidity may then be homogenized by adding solid antioxidants and stirring, or by adding an aqueous solution in which solid antioxidants are dissolved and stirring to homogenize. May be. In addition, since it is easy to homogenize, adding and stirring aqueous solution is preferable.
The addition amount is “0.1 to 5 mass% with respect to the amount of nickel”.
水溶性の抗酸化物質としてはアスコルビン酸、グルタチオン、メラトニン、ポリフェノール類が知られている。このうち、アスコルビン酸の一部のアスコルビン酸化合物やポリフェノール類の一部のカテキン類は水に溶解し、有益である。
アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カルシウムなどのアスコルビン酸金属塩は水に溶解するので本発明で用いることができる。アスコルビン酸金属塩は、アスコルビン酸と同様抗酸化作用を備える。
カテキン類では、エピカテキン、エピガロカテキン、エピガロカテキンガラートが望ましく、水への溶解性からエピガロカテキン、エピガロカテキンガラートがより望ましい。
As water-soluble antioxidants, ascorbic acid, glutathione, melatonin, and polyphenols are known. Among these, some ascorbic acid compounds of ascorbic acid and some catechins of polyphenols dissolve in water and are beneficial.
Ascorbic acid metal salts such as ascorbic acid, sodium ascorbate and calcium ascorbate dissolve in water and can be used in the present invention. Ascorbic acid metal salt has an antioxidative action like ascorbic acid.
Among catechins, epicatechin, epigallocatechin and epigallocatechin gallate are desirable, and epigallocatechin and epigallocatechin gallate are more desirable from the viewpoint of solubility in water.
以上、説明してきたように、第１の工程から第３の工程を経て製造されたニッケル粉末の水スラリーは、純水とニッケル粉末のみのスラリーにおいてニッケル粉末表面に水酸化ニッケルが発生するタイミングとなっても、抗酸化物質が優先的に酸化されニッケル粉末表面に突起状の水酸化ニッケルが発生することはない。
抗酸化物質は、選択的に水酸基が酸化されアルデヒドになり、更にはカルボキシル基にまで酸化されることによって、ニッケル粉末の酸化が抑制されているものと推定される。
As described above, the aqueous slurry of nickel powder produced through the first to third steps has a timing at which nickel hydroxide is generated on the nickel powder surface in a slurry of pure water and nickel powder alone. Even if this is the case, the antioxidant substance is preferentially oxidized and no protruding nickel hydroxide is generated on the surface of the nickel powder.
The antioxidant substance is presumed that the oxidation of the nickel powder is suppressed by selectively oxidizing the hydroxyl group to an aldehyde and further oxidizing to a carboxyl group.
第１の工程から第３の工程を経て製造し２週間保管したニッケル粉末の水スラリーと、第１の工程から第３の工程のうち抗酸化物質を加えることのみ省略し２週間保管したニッケル粉末の水スラリーと、製造直後のニッケル粉末の水スラリーをサンプリングして、エネルギー分散型Ｘ線分光（以下、ＥＤＸ）が備え付けられた電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭ）の試料台に塗布して室温にて乾燥し、それらを観察した。
抗酸化物質が加えられていない水スラリーでは、製造直後のニッケル粉末の水スラリーでは観察されないニッケル粉末表面の突起状の異形状物質が確認された。確認された突起状の異形状物質および針状の異形状物質の組成分析をＥＤＸで行ったところ、異形状物質が確認された部分は、異形状物質が存在しないニッケル粉末の部分よりも酸素に帰属する強いピークが確認された。更に、これらの物質を同定するために、Ｘ線回折装置（以下、ＸＲＤ）でＸＲＤパターンを確認したところ、ニッケルおよび水酸化ニッケルに帰属するピークが確認された。
以上から、発生している針状物質は主に水酸化ニッケルであると推定される。
An aqueous slurry of nickel powder manufactured through the first step to the third step and stored for two weeks, and the nickel powder stored for two weeks without adding only an antioxidant from the first step to the third step Sample of a field emission scanning electron microscope (hereinafter referred to as FE-SEM) equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter referred to as EDX) And dried at room temperature and observed.
In the water slurry to which the antioxidant substance was not added, protruding irregularly shaped substances on the surface of the nickel powder that were not observed in the water slurry of the nickel powder immediately after the production were confirmed. When the composition analysis of the confirmed irregular-shaped substance and the needle-shaped irregularly-shaped substance was performed by EDX, the portion where the irregular-shaped substance was confirmed was more oxygenated than the nickel powder portion where the irregular-shaped substance was not present. An attributed strong peak was confirmed. Furthermore, in order to identify these substances, when an XRD pattern was confirmed with an X-ray diffractometer (hereinafter referred to as XRD), peaks attributable to nickel and nickel hydroxide were confirmed.
From the above, it is presumed that the acicular material generated is mainly nickel hydroxide.
なお、本発明に係るニッケル粉末の水スラリーは、水を導電ペーストに用いるターピネオールなどの有機溶剤に置換することで、導電ペーストとすることができる。
すなわち、本発明によって、異形状物質が含まれず十分に分散した平均粒径１０ｎｍ〜１５０ｎｍのナノレベルのニッケル粉末の水スラリーを得ることができ、導電ペーストを製造することができる。更には、ロールミルなどの混練装置による混練工程を経ることなく、導電ペーストを得ることも可能となる。
The water slurry of nickel powder according to the present invention can be made into a conductive paste by replacing water with an organic solvent such as terpineol used for the conductive paste.
That is, according to the present invention, it is possible to obtain an aqueous slurry of nano-level nickel powder having an average particle diameter of 10 nm to 150 nm that does not contain irregularly shaped substances and is sufficiently dispersed, and a conductive paste can be manufactured. Furthermore, it is possible to obtain a conductive paste without going through a kneading step by a kneading apparatus such as a roll mill.
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
ニッケル粉末の平均粒径の評価、ニッケル粉末表面に発生する突起状の水酸化ニッケルの有無の評価手段を以下に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples.
Means for evaluating the average particle diameter of the nickel powder and means for evaluating the presence or absence of protruding nickel hydroxide generated on the surface of the nickel powder are shown below.
（１）ニッケル粉末表面の突起状の水酸化ニッケルの有無の評価
所定時間が経過したニッケル粉末のスラリーからサンプリングを行い、ＦＥ−ＳＥＭの試料台に塗布して室温にて乾燥する。その後、ＳＥＭにて試料台を観察して、ニッケル粉末の表面に突起物が存在しているか否かを確認した。
図１、２はニッケル粉末表面評価の基準を示すＳＥＭ像で、図１と同様な状態の像が得られた場合は、表面に突起物が存在しているとして「異形状物有」と判定し、図２と同様な状態の像が得られた場合は、表面に異常突起物は存在していないとして「異形状物無」と判定した。
(1) Evaluation of the presence or absence of protruding nickel hydroxide on the surface of nickel powder Sampling is performed from a slurry of nickel powder after a predetermined time has elapsed, and the sample is applied to a FE-SEM sample stage and dried at room temperature. Then, the sample stage was observed with SEM, and it was confirmed whether the protrusion existed on the surface of nickel powder.
1 and 2 are SEM images showing the criteria for nickel powder surface evaluation. When an image in the same state as in FIG. 1 is obtained, it is determined that there is a projection on the surface and that there is an irregular shape. When an image in the same state as in FIG. 2 was obtained, it was determined that there was no abnormal projection on the surface, and “no irregular shape” was determined.
（２）ニッケル粉末の平均粒径
ニッケル粉末をＦＥ−ＳＥＭにより倍率１００，０００倍で観察して粒子形状を測定した。また平均粒径は、その観察像の写真を撮影し、写真中の粒子形状の全様が見える粒子の面積を測定し、面積から各粒子の直径を求め、その平均値により定めた。
(2) Average particle diameter of nickel powder Nickel powder was observed by FE-SEM at a magnification of 100,000 to measure the particle shape. Further, the average particle diameter was determined by taking a photograph of the observed image, measuring the area of the particle where the entire shape of the particle in the photograph was visible, obtaining the diameter of each particle from the area, and determining the average value.
［第１の工程］
水溶液ＩＩＩの調製には、純水６００Ｌにゼラチン０．５ｇを溶解させた後、ヒドラジン濃度が０．０２ｇ／Ｌとなるようにヒドラジンを混合した。
次に、ニッケルに対してパラジウムが５００質量ｐｐｍとなるようにジクロロテトラアンミンパラジウムとニッケルに対して銀が５質量ｐｐｍとなるクロロジアンミン銀とを含む混合水溶液を作製し、ゼラチンとヒドラジンが含まれる先に作製した水溶液ＩＩＩに滴下してコロイド溶液を得た。このコロイド溶液に水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを１０以上とした後、更にヒドラジン濃度が２６ｇ／Ｌとなるまでヒドラジンを添加して、パラジウムと微量の銀からなる複合コロイド粒子が混合された水溶液ＩＩＩと水溶液ＩＩの混合液のアルカリ性ヒドラジン溶液を作製し、ニッケルを還元するためのアルカリ性ヒドラジン溶液とした。
[First step]
For the preparation of the aqueous solution III, 0.5 g of gelatin was dissolved in 600 L of pure water, and then hydrazine was mixed so that the hydrazine concentration was 0.02 g / L.
Next, a mixed aqueous solution containing dichlorotetraammine palladium such that palladium is 500 mass ppm with respect to nickel and silver chlorodiammine silver having 5 mass ppm with respect to nickel is prepared, and gelatin and hydrazine are contained. A colloidal solution was obtained by dropping into the prepared aqueous solution III. An aqueous solution in which sodium hydroxide is added to this colloid solution to adjust the pH to 10 or more, and hydrazine is further added until the hydrazine concentration is 26 g / L, and mixed colloidal particles composed of palladium and a small amount of silver are mixed. An alkaline hydrazine solution of a mixed solution of III and aqueous solution II was prepared and used as an alkaline hydrazine solution for reducing nickel.
そして、水溶液ＩＩＩと水溶液ＩＩの混合液のアルカリ性コロイド溶液に、酒石酸８００ｇを添加した後に、水溶液Ｉであるニッケル水溶液としてニッケル濃度１００ｇ／Ｌの塩化ニッケル水溶液を５０Ｌ滴下して、ニッケルの化学種の還元を行って、ニッケル粉末を合成した。
得られたニッケル粉末の平均粒径は１００ｎｍであった。
Then, after adding 800 g of tartaric acid to the alkaline colloidal solution of the mixed solution of the aqueous solution III and the aqueous solution II, 50 L of a nickel chloride aqueous solution having a nickel concentration of 100 g / L is dropped as the aqueous solution I of nickel solution. Reduction was performed to synthesize nickel powder.
The average particle diameter of the obtained nickel powder was 100 nm.
［第２の工程］
得られたニッケル粉末を静置沈降し、反応後液を極力除去した後に、純水６００Ｌを添加して混合撹拌した上澄み液６００Ｌを除去するデカンテーションを３回繰り返した後にデンバー濾過器にて固液分離を行った。その後、１００Ｌ掛け水洗浄し、得られたケーキに純水３０Ｌを添加して再スラリー化して、湿式のジェットミルにて水中分散した。
[Second step]
The obtained nickel powder was allowed to settle and the post-reaction liquid was removed as much as possible. Then, 600 L of pure water was added and decantation to remove 600 L of the supernatant liquid that was mixed and stirred was repeated three times, and then solidified with a Denver filter. Liquid separation was performed. Thereafter, 100 L of water was washed, and 30 L of pure water was added to the obtained cake to form a slurry again, and dispersed in water with a wet jet mill.
［第３の工程］
水中分散状態を、静置沈降して上澄み液を除去した後に、０．１μｍ孔径のフィルターを用いて水分が６０質量％になるまで濃縮した調製後スラリーを作製した。
[Third step]
The dispersion in water was allowed to settle and settled to remove the supernatant, and then a prepared slurry was prepared using a 0.1 μm pore size filter until the water content was 60% by mass.
その後、調製後スラリーに、アスコルビン酸２５ｇと純水１００ｇの混合溶液を添加、撹拌して、水と抗酸化物質とニッケル粉末を含む所望の水スラリーを得た。 Thereafter, a mixed solution of 25 g of ascorbic acid and 100 g of pure water was added to the post-preparation slurry and stirred to obtain a desired water slurry containing water, an antioxidant and nickel powder.
［試験・評価］
製造した直後、製造して７日経過、１４日経過したスラリーに含まれるニッケル粉末の表面状態をＦＥ−ＳＥＭで観察し、突起状の異物が発生しているかを確認した。
その結果を表１に示す。
[Test / Evaluation]
Immediately after the production, the surface state of the nickel powder contained in the slurry that had been produced for 7 days and 14 days was observed with FE-SEM, and it was confirmed whether or not protruding foreign matters were generated.
The results are shown in Table 1.
実施例１と同様に第１の工程、第２の工程を実施した。
その後、第３の工程としてエピガロカテキン２５ｇと純水１００ｇの混合溶液を添加、撹拌して、水と抗酸化物質とニッケル粉末の水スラリーを得た。
実施例１と同様に試験・評価を行い、その結果を表１に示す。
Similar to Example 1, the first step and the second step were performed.
Thereafter, as a third step, a mixed solution of 25 g of epigallocatechin and 100 g of pure water was added and stirred to obtain an aqueous slurry of water, an antioxidant and nickel powder.
Tests and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1.
（比較例１）
実施例１と同様に第１の工程、第２の工程を実施した。
その後、第３の工程として抗酸化物質を含まない純水１００ｇを添加して撹拌して、ニッケル粉末の水スラリーを得た。
実施例１と同様に試験・評価を行い、その結果を表１に示す。
(Comparative Example 1)
Similar to Example 1, the first step and the second step were performed.
Thereafter, as a third step, 100 g of pure water not containing an antioxidant was added and stirred to obtain an aqueous slurry of nickel powder.
Tests and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1.
本発明にかかる実施例１、２では製造後１４日経過しても異形状物の発生は確認できなかった。一方、比較例１では７日経過後で、すでに異形状物の発生が見られ、本発明による効果が顕著に表れた。 In Examples 1 and 2 according to the present invention, generation of irregularly shaped objects could not be confirmed even after 14 days had passed since manufacture. On the other hand, in Comparative Example 1, abnormal shapes were already observed after 7 days, and the effects of the present invention were remarkably exhibited.
Claims (8)
前記第１の工程で得られたニッケル粉末を、水又はアルコール類を用いて洗浄し、その後、洗浄後スラリーを得る第２の工程、
前記第２の工程で得られた洗浄後スラリーに含まれるニッケル粉末の含有量を調製してスラリーの濃度調製を行った調製後スラリーを形成した後、前記調製後スラリーに水溶性の抗酸化物質の水溶液を加えて撹拌して水スラリーを作製する第３の工程、
を経ることを特徴とするニッケル粉末の水スラリーの製造方法。 A first step of obtaining nickel powder;
A second step of washing the nickel powder obtained in the first step with water or alcohol, and then obtaining a slurry after washing;
The content of nickel powder contained in the slurry after washing obtained in the second step is adjusted and the concentration of the slurry is adjusted to form a slurry after preparation, and then the water-soluble antioxidant is added to the slurry after preparation. A third step of adding an aqueous solution of
The manufacturing method of the aqueous slurry of nickel powder characterized by passing through.
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