以下、本発明に係る銀粉の製造方法の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更することができる。
本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、銀錯体を含む銀溶液と還元剤溶液とを連続的に混合して反応液とし、その反応液中の銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得た後、ろ過、洗浄、乾燥の各工程を経て銀粉を製造する方法であって、還元剤溶液に銀核を含有させることによって、均一で所望とする粒径の銀粉を得ることができる方法である。
また、本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、核を成長させる粒子成長用銀溶液に含まれる固形粒子を低減することで、該固形粒子から成長する銀粒子の生成を抑制して成長する銀粒子数を制御することが可能であり、その結果、反応液中の銀濃度が高い条件でも、その後の粒子成長を還元剤の標準電極電位により均一で所望の粒径に容易に制御することができる。
さらに、本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、核を生成させる銀溶液に含まれる固形粒子の含有量を低減することで粒径が小さく、核数の多い銀核溶液を作製でき、その結果、多数の銀核から均一に銀粒子を成長させることができ、特に小粒径の銀粉を得る際に有効である。
また、強還元剤を含む溶液と銀錯体を含む核生成用銀溶液と分散剤とを混合して得た銀核溶液と、その強還元剤よりも標準電極電位が高い弱還元剤を混合して核含有還元剤溶液とする。そして、この核含有還元剤溶液と銀錯体を含む粒子成長用銀溶液とを混合して還元する。これにより、均一な粒径を有する銀粉を得ることができる。
ここで、強還元剤とは、還元力の強い還元剤であることを意味し、弱還元剤とは、その強還元剤より標準電極電位が高い、すなわち還元力の弱い還元剤であることを意味する。
また、本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、銀核を含む銀核溶液と還元剤を混合して得られた核含有還元剤溶液と、銀錯体を含む粒子成長用銀溶液とを、定量的かつ連続的に一定の空間に供給し、これらを混合することで還元反応を生じせしめ、還元反応が終了した還元後液、すなわち銀粒子スラリーを定量的かつ連続的に排出する。このように、定量的かつ連続的に各溶液を供給して還元させることで、還元反応場の銀錯体の濃度と還元剤の濃度が一定に保たれ、一定の粒子成長を図ることができる。そしてこれによって、得られる銀粒子の大きさが揃い、粒度分布がシャープな銀粉を得ることができる。さらに、銀溶液と還元剤溶液の供給と銀粒子スラリーの排出を連続的に行うことで、連続的に銀粉を得ることができ、高い生産性でもって銀粉を製造することができる。
また、この銀粉の製造方法では、特に、出発原料である銀化合物として塩化銀を用い、例えば塩化銀をアンモニア水等に溶解して得られた銀アンミン錯体を用いることが好ましい。このように塩化銀を出発原料とすることにより、硝酸銀を出発原料としたときに必要となる亜硝酸ガスの回収装置を必要とせず、環境への影響も少ないプロセスとなり、製造コストを低くすることができる。なお、上述した観点から、核生成用銀溶液と粒子成長用銀溶液のいずれにおいても塩化銀を用いることが好ましい。
以下、本実施の形態に係る銀粉の製造方法について、より詳細に工程毎に説明する。
本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、図1の工程図に示すように、銀核溶液を得る銀核溶液調製工程S1と、銀核溶液調製工程S1により得られた銀核溶液と還元剤を混合して核含有還元剤溶液を得る核含有還元剤溶液調製工程S2と、核含有還元剤溶液調製工程S2により得られた核含有還元剤溶液と銀錯体を含む粒子成長用銀溶液とを混合して、その銀錯体を還元して銀粒子を成長させる粒子成長工程S3とを有する。
この銀粉の製造方法においては、強還元剤による銀核の生成と弱還元剤による粒子成長を行うこと、またその銀核生成と粒子成長とを分離することが重要である。そして、銀核生成と粒子成長とで、標準電極電位が異なる還元剤を用いることが重要となる。強還元剤と弱還元剤を同時期に銀溶液に添加すると、核生成と粒子成長を十分に分離できないため、銀核からの粒子成長中に新たな核生成が起こり、微粒子が含まれる結果となって、粒径の均一性が十分な銀粒子が得られない。それに対して、強還元剤による均一な粒径を有する核を生成させた後、弱還元剤を添加して還元剤溶液とし、その還元剤溶液と銀溶液とを混合して粒子成長を行わせることで、均一な粒径の銀粒子を得ることができる。
[銀核溶液調製工程]
銀核溶液調製工程S1では、粒子成長の核となる銀核の溶液を生成させる。具体的には、この銀核溶液調製工程S1では、分散剤と強還元剤を含む溶液とを混合して得た強還元剤と分散剤を含む溶液に、銀錯体を含む核生成用銀溶液を添加して還元させることにより銀核溶液を得る。また、予め、銀錯体を含む核生成用銀溶液と分散剤を混合した後、強還元剤を含む溶液を添加して還元させてもよい。分散剤は、銀核生成時に溶液中に存在していればよく、核生成用銀溶液もしくは強還元剤を含む溶液の少なくとも一方と混合されていればよく、核生成用銀溶液と強還元剤を含む溶液の混合時に分散剤を混合してもよい。
強還元剤としては、上述のように還元力の強い還元剤であり、標準電極電位が0.056V以下の還元剤であることが好ましく、具体的には、ヒドラジン(−1.15V)やホルマリン(0.056V)等を好ましく用いることができる。その中でも、特に還元力が強いヒドラジンおよびその水和物を用いることが好ましく、ヒドラジン一水和物を用いることがより好ましい。このように、標準電極電位が0.056V以下の還元力が強い還元剤を用いることで、核として好適な微細で均一な銀微粒子を得ることができる。標準電極電位が0.056Vを越える還元力が弱い還元剤を用いると、還元速度が遅くなるため、核生成とともに粒子成長も同時に進行してしまうことがあり、均一な粒径の核が得られないとともに粒径が大きくなり、核として好ましい銀微粒子が得られない。
また、強還元剤の混合量は、核生成用銀溶液中の銀量に対して1.0当量以上、4.0当量未満とすることが好ましく、2.0当量以上、4.0当量未満とすることがより好ましい。強還元剤の混合量をこのような範囲とすることで、銀核溶液中に均一で沈殿しない銀核を形成することができる。そして、後述するように、その銀核溶液に弱還元剤を混合して得られた還元剤溶液と、ろ過した粒子成長用銀溶液とを混合することで、均一な粒径を有する銀粉を得ることができる。また、より好ましく強還元剤を核生成用銀溶液中の銀量に対して2.0当量以上、4.0当量未満の範囲で混合することによって、微細で、より粒径の均一性が高い銀核を得ることができる。
強還元剤の混合量を核生成用銀溶液中の銀量に対して1.0当量未満とした場合、銀核粒子が連結して沈殿し易くなるため、粒子成長時の核数が一定にならず、粒径制御が十分に行えないことがある。また、粒径が不均一な銀核となることにより粒子成長時の成長が不均一となり、均一な粒径を有する銀粉が得られないことがある。一方、強還元剤の混合量を4.0当量以上とした場合、銀核溶液中に粗大粒子が生成することがあるため好ましくない。
分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、変性シリコンオイル系界面活性剤、ポリエーテル系界面活性剤から選択される少なくとも1種であることが好ましい。分散剤を使用しないと、還元反応により発生した銀核や核が成長した銀粒子が凝集を起こし、分散性が悪いものとなってしまう。
また、分散剤の混合量としては、後述する核含有還元剤溶液と粒子成長用銀溶液の混合後における粒子成長用銀溶液中の銀量、すなわち、反応液中の銀量から核含有還元剤溶液中の銀量を差し引いた粒子成長に用いられる銀量に対して1質量%〜30質量%とすることが好ましく、1.5質量%〜20質量%とすることがより好ましい。混合量が1質量%未満であると、凝集抑制効果が十分に得られず、一方で、混合量が30質量%を超えても、それ以上の凝集抑制効果の向上がなく、排水処理等の負荷が増加するのみとなる。なお、核生成用銀溶液中の銀量は、粒子成長用銀溶液中の銀量と比べて少量であるため、上述した添加量の分散剤を予め核生成用銀溶液中に添加することにより、核生成時にも十分な凝集防止効果を得ることができる。
また、分散剤としてポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンを用いた場合、還元反応時に発泡する場合があるため、例えば後述する銀溶液に消泡剤を添加してもよい。
核生成用銀溶液は、銀化合物を錯化剤により溶解して得られた銀錯体を含む溶液であり、上述した強還元剤と分散剤を混合して還元させることによって銀核を生成させるための溶液である。
ここで、固形粒子の含有量が銀核溶液中の銀量に対して20質量ppm以下である核生成用銀溶液を用いることが好ましい。核生成用銀溶液中の固形粒子の含有量を抑制することで、核生成が強還元剤による自発核発生により行われるため、生成される銀核の数を制御することが可能となり、得られる銀粒子を所望の粒径に容易に制御することが可能となる。固形粒子の含有量が銀核溶液中の銀量に対して20質量ppmを超えると、銀核溶液調製工程S1において、固形粒子が核として作用するため、核数を制御することが容易でなく、核の粒径を容易に制御することができない。このため、核添加により銀粉の粒径均一性は向上するものの、銀粉の粒径を制御することが容易ではないという問題が生じる。
さらに、固形粒子の含有量が銀核溶液中の銀量に対して20質量ppmを超えると、自発核の発生が抑制され、微細で多数の核を生成させることができないため、核数が少ない状態となり、特に、小粒径の銀粉、具体的には走査電池顕微鏡観察により測定される一次粒子の平均粒径が0.5μm以下の銀粉を容易に作製することが困難となる。
したがって、核生成用銀溶液に含まれる固形粒子の含有量を銀量に対して20質量ppm以下とすることによって、銀核溶液調整工程S1で発生する核の数と粒径を制御することが可能となり、得られる銀粉の粒径の制御が容易となる。
さらに、核生成用銀溶液に含まれる固形粒子の含有量を銀量に対して20質量ppm以下とすることによって、微細で多数の核を生成させることができ、小粒径の銀粉においても容易に粒径を制御することが可能となる。固形粒子の含有量は、粒子成長用銀溶液を分画分子量が10,000以下の限外ろ過器でろ過した後、限外ろ過で捕集された固形粒子を硝酸によって溶解し、分析することによって求めることができる。
核生成用銀溶液は、固形粒子の含有量が銀溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であればよいが、分散剤と強還元剤を含む溶液との混合前に、核生成用銀溶液を限外ろ過することが好ましい。これによって、核生成用銀溶液に含有される固形粒子を低減することができる。
銀溶液に含まれる不純物の粒径によって、ろ過精度を変える必要があるが、例えば分画分子量が150,000の限外ろ過を行った場合、10nm以上の不純物粒子を除去することができる。通常、10nm未満の固形粒子は含有量が少ないため、10nm以上の固形粒子を除去することによって、その含有量を銀溶液中の銀量に対して20質量ppm以下とすることができる。固形粒子の除去が不十分である場合には、さらに分画分子量の限外ろ過を行えばよいが、分画分子量が10,000以下のものを使用した場合、ろ過面積が狭くなり、ろ過速度の低下が顕著になるため、好ましくない。
なお、ここでいう固形粒子には、銀溶液中に含まれる不純物粒子以外に、銀溶液中に固形で残存する粒子、特に粒径10nm以上の粒子の全てが該当する。
銀化合物としては、上述のように塩化銀を用いることが好ましい。塩化銀を用いることにより、硝酸銀を出発原料としたときのようなガス回収や環境影響の問題も少ない。このような塩化銀としては、高純度塩化銀が工業用に安定的に製造されている。この塩化銀を、例えばアンモニア水に溶解することによって銀溶液を得ることができる。塩化銀を溶解するアンモニア水は、工業的に用いられる通常のものでよいが、不純物混入を防止するため可能な限り高純度のものが好ましい。
核生成用銀溶液中の銀量に対するアンモニア量は、銀とアンモニアのモル比で20〜100とすることが好ましい。銀量に対するアンモニア量がモル比で20未満の場合、塩化銀を用いた場合には塩化銀がアンモニア水に溶解しにくいため、塩化銀の溶解残渣が発生して不均一な核として作用し、得られる銀粒子の粒径が不均一になることがある。一方、銀量に対するアンモニア量がモル比で100を越える場合、核生成反応速度が遅くなり、還元終了までに長時間を要するため、好ましくない。
核生成用銀溶液中の銀濃度としては、0.1g/L〜6.0g/Lとすることが好ましい。銀濃度が0.1g/L未満では、後述する粒子成長用銀溶液中の銀量に対して十分な核が生成しないため、銀粉の粒径が大きくなり過ぎることがある。一方で、銀濃度が6.0g/Lを越えると、核生成とともに粒子が成長して均一な粒径の銀核が得られない。核の成長を抑制してより微細で均一な粒径の銀核が分散した銀核溶液を得たい場合、銀濃度を1.0g/L以下とすることがより好ましい。これらのことから、核生成用銀溶液中の銀濃度を好ましくは0.1g/L〜6.0g/L、より好ましくは0.1g/L〜1.0g/Lの範囲とすることによって、その銀量あたりに生成される核を微細で均一な粒径とするとともにその数をほぼ一定とすることができる。そして、これにより、核生成用銀溶液中の銀量と後述する粒子成長用銀溶液中の銀量との比により、生成する銀粒子の粒径を制御することができる。詳細は後述する。
このように、銀核溶液調製工程S1においては、上述した強還元剤を含む溶液と分散剤と核生成用銀溶液とを混合することにより、強還元剤によって銀溶液中の銀錯体を還元し、後述する粒子成長工程S3における銀粒子の成長の核となる銀粒子を生成させる。
なお、還元反応においては、反応の均一性あるいは反応速度を制御するために、上述した強還元剤を純水等で希釈して水溶液として用いることができる。
[核含有還元剤溶液調製工程]
核含有還元剤溶液調製工程S2では、銀核溶液調製工程S1にて調製した銀核溶液と還元剤とを混合して、核を含有した核含有還元剤溶液を得る。この核を含有した還元剤溶液が、後述する粒子成長工程S3における還元反応における還元剤として作用する。
核含有還元剤溶液調製工程S2において銀核溶液と混合する還元剤は、上述した銀核溶液調製工程S1にて添加した強還元剤よりも標準電極電位が高く、還元力の弱い弱還元剤である。具体的に、添加する弱還元剤としては、0.056Vを越える還元剤であることが好ましく、特にアスコルビン酸(0.058V)を用いることが好ましい。このアスコルビン酸は、還元作用が緩やかであり、核からの粒子成長が均一に進行するため特に好ましい。
また、強還元剤と弱還元剤の標準電極電位の差は、1.0V以上であることがより好ましい。標準電極電位の差が小さいと、後述する粒子成長用銀溶液との混合時に、新たな核が生成して微粒子の混在や粒径の不均一性が生じることがある。これに対し、標準電極電位の差が1.0V以上である強還元剤と弱還元剤とを組合せることで、粒子成長期における核生成を抑制することができ、均一な粒径の銀粒子を得ることができる。
また、弱還元剤の添加量としては、後述する粒子成長工程S3において粒子成長に用いられる粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1当量〜3当量とすることが好ましい。添加量が粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1当量未満の場合、未還元の銀が残留するため好ましくない。一方、添加量が3当量より多い場合には、コストが高くなるため好ましくない。
なお、後述する粒子成長工程S3での還元反応において、反応を均一にし、あるいは反応速度を制御するために、上述した還元剤溶液を純水等で希釈することができる。
[粒子成長工程]
粒子成長工程S3では、核含有還元剤調製工程S2にて得られた核含有還元剤溶液と固形粒子の含有量が銀量に対して20質量ppm以下であり、銀錯体を含む粒子成長用銀溶液とを混合してその銀錯体を還元することによって、銀粒子を成長させて銀粒子スラリーを得る。
粒子成長用銀溶液は、上述した核生成用銀溶液と同様に銀化合物を錯化剤により溶解して得られた銀錯体を含む溶液をろ過した溶液である。この粒子成長用銀溶液は、調製した核含有還元剤溶液と混合させることによって銀溶液中の銀錯体を還元させ、還元剤溶液中の核に基づいて粒子を成長させて銀粒子スラリーを生成させるための溶液である。
ここで、固形粒子の含有量が銀溶液中の銀量に対して20質量ppm以下である粒子成長用銀溶液を用いること重要である。粒子成長用銀溶液に固形粒子が含まれると、後の粒子成長工程S3において、固形粒子が核として作用するため、見かけ上、核が増えた状態となるため、所望の値に粒径を制御することが困難となる。したがって、粒子成長用銀溶液に含まれる固形粒子の含有量を銀量に対して20質量ppm以下とすることによって、粒子成長工程S3で成長する核数を制御することができ、得られる銀粉の粒径を所望の値に安定して制御することができる。固形粒子の含有量は、粒子成長用銀溶液を粒径10nm以上の粒子が捕集可能な分画分子量を有する限外ろ過器、例えば分画分子量が150,000以下、好ましくは100,000以下、より好ましくは10,000以下の限外ろ過器でろ過した後、限外ろ過で捕集された固形粒子を硝酸によって溶解し、分析することによって求めることができる。
粒子成長用銀溶液は、固形粒子の含有量が銀溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であればよいが、核含有還元剤溶液との混合前に、粒子成長用銀溶液を限外ろ過することが好ましい。これによって、粒子成長用銀溶液に含有される固形粒子を低減することができる。銀溶液に含まれる不純物の粒径によって、ろ過精度を変える必要があるが、例えば分画分子量が150,000の限外ろ過を行った場合、粒径10nm以上の不純物粒子を除去することができる。通常、粒径10nm未満の固形粒子は含有量が微量であり、粒径制御に対する影響が少ないため、10nm以上の固形粒子を除去することによって、その含有量を銀溶液中の銀量に対して20質量ppm以下とすることができる。固形粒子の除去が不十分である場合には、さらに小さい分画分子量の限外ろ過を行えばよいが、分画分子量が10,000以下のものを使用した場合、ろ過面積が狭くなってろ過速度の低下しやすく、分析のような少量の処理とは異なり、工業的規模での生産では生産性が低下するため、好ましくない。
なお、固形粒子には、粒子成長用銀溶液中に含まれる不純物粒子以外に、未溶解の硫化銀等も含まれる。すなわち、ここでいう固形粒子には、粒子成長用銀溶液中に固形で残存する粒子、特に粒径10nm以上の粒子の全てが該当する。
粒子成長用銀溶液中の銀化合物としては、上述のように、硝酸銀を用いたときのようなガス回収や環境影響の問題が少ないという観点から塩化銀を用いることが好ましい。また、詳細な理由は不明であるが、塩化銀を用いることによって、核を用いた製造方法との組合せにより、高い生産性と粒径均一性の両立が可能となる。この塩化銀を、例えばアンモニア水に溶解することによって銀溶液を得ることができる。塩化銀を溶解するアンモニア水は、工業的に用いられる通常のものでよいが、不純物混入を防止するため可能な限り高純度のものが好ましい。
粒子成長用銀溶液中の銀濃度としては、20g/L〜90g/Lとすることが好ましい。銀濃度が低濃度であっても粒子の成長が生じて銀粒子を得ることはできるが、20g/L未満では、排水量が増大して高コストになるとともに、高い生産性でもって銀粉を製造することができない。一方で、銀濃度が90g/Lを越えると、アンモニア水に対する塩化銀の溶解度に近くなり、塩化銀が再析出する可能性があるため、好ましくない。本発明の製造方法においては、上記銀濃度の範囲での核による粒子成長の制御が可能であり、小粒径の銀粉を作製することが可能である。粒子成長の速度を均一化してより均一な粒径の銀粒子を得るためには、銀濃度を50g/L以下とすることがより好ましい。
本実施の形態に係る銀粉の製造方法においては、混合される核含有還元剤溶液中の銀量、すなわち、核生成用銀溶液中の銀量と粒子成長用銀溶液中の銀量との比により、得られる銀粉の粒径を制御することが可能であり、容易に所望とする粒径を有する銀粉を得ることができる。すなわち、核生成用銀溶液中の銀濃度を上述した範囲とすることにより、その銀量あたりに生成される核の数をほぼ一定とすることができるため、核含有還元剤溶液中の銀量、すなわち、銀核数と粒子成長用銀溶液中の銀量との比によって、銀粉の粒径を制御することが可能となる。また、この銀粉の製造方法においては、核の生成と粒子の成長とが分離されているため、反応液中の核の数を制御できる範囲が広くなり、容易に広範囲の粒径制御が可能となり、高い銀濃度で高い生産性でもって銀粉を得ることができる。具体的に、走査型電子顕微鏡観察による平均粒径が0.3μm〜2.0μmの銀粉を得るためには、粒子成長用銀溶液中の銀量は、核生成用銀溶液中の銀量中の銀量に対して50〜1500倍とすることが好ましく、50〜500倍とすることがより好ましい。核生成用銀溶液中の銀量と銀核の粒径から銀核数を算出し、得ようとする粒径まで成長させるために必要な銀量を求めることにより、粒子成長用銀溶液中の銀量を算出することがより好ましい。
ここで、粒子成長工程S3においては、上述のように核含有還元剤溶液とろ過した銀錯体を含む粒子成長用銀溶液とを定量的かつ連続的に供給して混合することによって反応液とし、その反応液中で銀錯体を還元して銀粒子を成長させるようにする。このように、各溶液を定量的かつ連続的に供給して混合させることで、還元反応場の銀錯体の濃度と還元剤の濃度が一定に保たれ、一定の粒子成長を図ることができ、また高い生産性でもって銀粉を製造することができる。なお、以下の説明では、粒子成長用銀溶液を単に銀溶液といい、核含有還元剤溶液を単に還元剤溶液という場合がある。
核含有還元剤溶液と粒子成長用銀溶液とを連続的に供給して混合し銀錯体を還元するための反応管としては、粒子成長用銀溶液を供給する第1の供給管(銀溶液供給管)と、核含有還元剤溶液を供給する第2の供給管(還元剤溶液供給管)と、銀溶液と還元剤溶液とを混合する混合管とからなるものを用いることができる。このように、核含有還元剤溶液と粒子成長用銀溶液の各溶液を個別に反応管に供給し、混合管内で混合させて還元反応を生じさせる。具体的には、例えばY字管がその代表例として挙げられる。また、反応管においては、混合管内部であって各供給管から供給された溶液が合流した直後の位置からスタティックミキサーを配置させることができる。
各供給管や混合管の形状やサイズは、特に限定するものではないが、円柱状のものであることが、それぞれの配管同士を接続し易いという点で好ましい。また、特に混合管については、内部にスタティックミキサーを配置する必要があることから、円柱状のものであることが好ましい。
銀溶液供給管と還元剤溶液供給管の材質としては、それぞれ銀溶液や還元剤溶液と反応しない材質を選択すればよく、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン等から選択することができる。また、混合管の材質としては、銀溶液や還元剤溶液と反応しないことと、還元反応後の銀が付着しないことが選択上重要であり、ガラスであることが好ましい。
スタティックミキサーの材質としては、混合管と同様にガラスであることが好ましい。また、スタティックミキサーのエレメントの数は、特に限定されないが、少な過ぎると還元反応が均一に進まず微粒ができることになり好ましくなく、一方で、多過ぎても無用に混合管を長くする必要が生じるため好ましくない。したがって、各溶液の流量と流速によって適宜決めることが好ましい。
反応管においては、銀溶液と還元剤溶液との反応液が、上述したスタティックミキサーにより十分に撹拌混合されることによってその反応液中における還元反応が100%終了するまで、混合管内を流れることが望ましい。また、例えば、スタティックミキサーの下流側に、蛇管等を接続させて反応場を十分な長さとして、還元反応が100%終了するようにしてもよい。これにより、未還元の銀錯体が残留して粗大な銀粒子が生成されることを防止できる。
粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液をそれぞれ反応管に供給する手段としては、一般的な定量ポンプを用いることができるが、脈動の小さいものが好ましい。また、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液の流量は、一方が他方の10倍以下であることが好ましい。各溶液の流量に10倍以上の差があると、均一に混合されにくいという問題がある。また、各溶液の流速は、0.1L/分以上、10L/分以下とすることが好ましい。流速が0.1L/分未満の場合では、生産性が悪化するため好ましくない。一方で、流速が10L/分より多い場合では、均一に混合され難くなるため好ましくない。
反応管内で銀溶液と還元剤溶液とが混合されて還元反応が終了した反応液は、一旦、所定の槽に受けるようにすることが好ましい(以下、この槽を「受槽」という)。受槽内では、還元により生成した銀粒子が沈降しないように攪拌することが必要になる。銀粒子が沈降すると、銀粒子同士が凝集体を形成し分散性が悪くなってしまい好ましくない。受槽内での攪拌は、銀粒子が沈降しない程度の能力で撹拌すればよく、一般的な攪拌機を用いて撹拌すればよい。受槽に入った反応液は、ポンプによりフィルタープレス等のろ過機に送液され、連続的に次の工程へと流すことができる。
以上のようにして銀粒子スラリーを生成すると、その銀粒子スラリーをろ過した後、洗浄し、乾燥することによって銀粉を生成する。
洗浄方法としては、特に限定されるものではないが、例えば銀粒子を水に投入し、撹拌機又は超音波洗浄器を使用して撹拌した後、フィルタープレス等でろ過して回収する方法が用いられる。この洗浄方法において、水への投入、撹拌洗浄及びろ過からなる操作を、数回繰り返して行うことが好ましい。また、洗浄に用いる水は、銀粉に対して有害な不純物元素を含有していない水を使用し、特に純水を使用することが好ましい。
次に、洗浄後の銀粉を乾燥させて、水分を蒸発させる。乾燥方法としては、特に限定されるものではないが、例えば洗浄後の銀粒子をステンレスバット上に置き、大気オーブン又は真空乾燥機等の市販の乾燥装置を用いて、40℃〜80℃程度の温度で加熱することにより行うことができる。
以上詳細に説明したが、上述した銀粉の製造方法によれば、微粒を含まない均一な粒径に制御した銀粉を製造することができる。具体的に、この製造方法により製造された銀粉は、走査型電子顕微鏡観察による一次粒子の平均粒径が0.3μm〜3.0μmであり、より好ましくは0.3μm〜2.0μmであり、さらに好ましくは0.3〜0.5μmであり、粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)が0.3以下、好ましくは0.25以下となる。ここで、一次粒子とは、外見上から判断して、単位粒子と考えられるものを意味する。
このような均一で粒度分布が狭い銀粉によれば、電子機器の配線層や電極等の形成に利用される樹脂型銀ペーストや焼成型銀ペースト等のペースト用銀粉として好適に用いることができる。
また、本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを定量的かつ連続的に供給して混合することによって還元反応を生じさせているので、反応液中の銀濃度が一定に保たれ、一定の粒子成長を図ることができ、より一層に均一な粒径を有する銀粉を高い生産性でもって製造することができる。このように、本実施の形態に係る銀粉の製造方法は、銀粉の粒径制御が容易で量産性に優れており、その工業的価値は極めて大きい。
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさら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。
(実施例1)
38℃の温浴中において液温36℃に保持した25質量%アンモニア水66mLと純水1.22Lの混合液に、塩化銀2.88g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入して核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は1.8g/L、銀量に対するアンモニアのモル比で44)を作製した。次に、分散剤のポリビニルアルコール43g((株)クラレ製、PVA205)を36℃の純水7.33Lに溶解し、そこへ強還元剤であるヒドラジン一水和物0.91mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して3.6当量)を添加して得られた還元剤溶液を、温浴中において36℃に保持した。そして、還元剤溶液中に、64mL/分の流量で核生成用銀溶液を添加して銀核を生成させて銀核溶液とした。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸665g(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)を添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、33℃の温浴中において液温32℃に保持した25質量%アンモニア水18Lに、塩化銀842g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して塩錯体溶液を得た。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液8.3mLを塩錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は35g/L)を、温浴中において32℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液中の銀量に対して3.8質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを、それぞれ2.7L/分、0.90L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、フィルタープレスを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液23L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)17.8gを添加し、15分間撹拌した後、フィルタープレスでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水23L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図2に得られた銀核の走査型電子顕微鏡(SEM)像を示し、図3に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.11μmと0.81μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.18であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.8μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例2)
38℃の温浴中において液温36℃に保持した25質量%アンモニア水25mLと純水0.485Lの混合液に、塩化銀1.11g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入して核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は1.5g/L、銀量に対するアンモニアのモル比で44)を作製した。次に、分散剤のポリビニルアルコール31g((株)クラレ製、PVA205)を36℃の純水1.0Lに溶解し、そこへ強還元剤であるヒドラジン一水和物0.12mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して1.2当量)を添加して得られた還元剤溶液を、温浴中において36℃に保持した。そして、還元剤溶液中に、20mL/分の流量で核生成用銀溶液を添加して銀核を生成させ、銀核溶液とした。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸103g(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)を添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、38℃の温浴中において液温36℃に保持した25質量%アンモニア水3.29Lに、塩化銀175g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して銀錯体溶液を得た。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液1.7mLを銀錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は35g/L)を、温浴中において36℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液の銀量に対して18質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液を、それぞれ2.4L/分、0.80L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、開口径0.3μmのメンブランフィルターを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液2L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)3.6gを添加し、15分間撹拌した後、開口径0.3μmのメンブランフィルターでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水2L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図4に、得られた銀核のSEM像を示し、図5に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた平均粒径は、それぞれ0.13μmと0.64μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.22であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.7μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例3)
核生成用銀溶液に用いる塩化銀を2.21g、25%アンモニア水を50mL(溶液中の銀濃度は3.0g/L、銀量に対するアンモニアのモル比で44)、銀核生成用還元剤溶液に用いる強還元剤のヒドラジン一水和物を0.23mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して1.2当量)添加したこと以外は、実施例2と同様にして銀粉を得るとともに評価した。なお、粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。
SEM観察したところ、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM観察により測定した銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.14μmと0.42μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.25であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.4μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例4)
塩化銀45.0g(住友金属鉱山(株)製)を36℃の25質量%アンモニア水1025mLと純水175Lとの混合液へ撹拌しながら投入して溶解した。そこへ、50℃の純水50Lに溶解させた分散剤のポリビニルアルコール1350g((株)クラレ製、PVA205)を投入して得られた核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は0.15g/L、銀量に対するアンモニア量のモル比で45)を、36℃に保持した。次に、強還元剤であるヒドラジン一水和物9.72mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して2.5当量)を純水37.6Lへ添加して得られた還元剤溶液を、36℃に保持した。そして、核生成用銀溶液中に、630mL/分の流量で還元剤溶液を添加して銀核を生成させて銀核溶液とした。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸20.5kg(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)と純水69Lを添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、液温32℃に保持した25質量%アンモニア水270Lに、塩化銀12.6kg(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して銀錯体溶液を得た。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液124mLを銀錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は35g/L)を、温浴中において32℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液中の銀量に対して3.8質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを、それぞれ2.7L/分、0.90L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、フィルタープレスを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液114L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)162gを添加し、15分間撹拌した後、フィルタープレスでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水114L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図6に得られた銀核のSEM像を示し、図7に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.068μmと0.68μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.20であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.7μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例5)
塩化銀2.92g(住友金属鉱山(株)製)を36℃に保持した25質量%アンモニア水60mLと純水0.5Lとの混合液へ撹拌しながら投入して溶解した。そこへ、50℃の純水6.76Lに溶解させた分散剤のポリビニルアルコール43.6g((株)クラレ製、PVA205)を投入して得られた核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は0.30g/L、銀量に対するアンモニア量のモル比で40)を、36℃に保持した。次に、強還元剤であるヒドラジン一水和物0.63mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して2.5当量)を純水1.22Lへ添加して得られた還元剤溶液を、36℃に保持した。そして、核生成用銀溶液中に、60mL/分の流量で還元剤溶液を添加して銀核を生成させて銀核溶液とした。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸1261g(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)と純水2.21Lを添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、液温32℃に保持した25質量%アンモニア水18Lに、塩化銀1587g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して銀錯体溶液を得た。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液15.6mLを銀錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は67g/L)を、温浴中において32℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液中の銀量に対して2.0質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを、それぞれ2.7L/分、0.90L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、フィルタープレスを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液17L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)20.4gを添加し、15分間撹拌した後、フィルタープレスでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水17L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図8に得られた銀核のSEM像を示し、図9に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.072μmと0.68μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.19であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.7μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例6)
核生成用銀溶液に用いる25質量%アンモニア水を45mL、核含有還元剤溶液に用いるアスコルビン酸を1513g、粒子成長用銀溶液に用いる塩化銀量を1904g、NaOH水溶液量を20L、ステアリン酸エマルジョンを24.4gにした以外は、実施例2と同様にして銀粉を得るとともに評価した。なお、本実施例における核生成用銀溶液中の銀濃度は0.30g/L、銀量に対するアンモニア量のモル比で30、粒子成長用銀溶液中の銀濃度は80g/L、粒子成長用銀溶液中の銀量に対するポリビニルアルコールの添加量は1.7質量%である。また、粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。
図10に得られた銀核のSEM像を示し、図11に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.065μmと0.65μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.20であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.7μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例7)
塩化銀2.50g(住友金属鉱山(株)製)を36℃の25質量%アンモニア水34mLと純水0.5Lとの混合液へ撹拌しながら投入して溶解した。そして、この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。そこへ、50℃の純水6.8Lに溶解させた分散剤のポリビニルアルコール218g((株)クラレ製、PVA205)を投入して得られた核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は0.23g/L、銀量に対するアンモニア量のモル比で30)を、36℃に保持した。
次に、強還元剤であるヒドラジン一水和物0.57mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して3.0当量)を純水1.22Lへ添加して得られた還元剤溶液を、36℃に保持した。そして、核生成用銀溶液中に、61mL/分の流量で還元剤溶液を添加して銀核を生成させて銀核溶液とした。銀錯体を含む銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸1009g(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)を添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、33℃の温浴中において液温32℃に保持した25質量%アンモニア水18Lに、塩化銀1270g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し、溶解して塩錯体溶液を得た。そして、この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液8.3mLを塩錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は53g/L)を、温浴中において32℃に保持した。
粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液中の銀量に対して12.6質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを、それぞれ2.7L/分、0.90L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、フィルタープレスを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液23L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)17.8gを添加し、15分間撹拌した後、フィルタープレスでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水23L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図12に得られた銀核の走査型電子顕微鏡(SEM)像を示し、図13に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.037μmと0.40μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.21であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.37μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例8)
塩化銀50.1g(住友金属鉱山(株)製)を36℃の25質量%アンモニア水1360mLへ撹拌しながら投入して溶解した。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した後、純水175Lへ投入し、混合した。そこへ、50℃の純水50Lに溶解させた分散剤のポリビニルアルコール1350g((株)クラレ製、PVA205)を投入して得られた核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は0.23g/L、銀量に対するアンモニア量のモル比で60)を、36℃に保持した。
次に、強還元剤であるヒドラジン一水和物11.39mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して3.0当量)を純水24.5Lへ添加して得られた還元剤溶液を、36℃に保持した。そして、核生成用銀溶液中に、408mL/分の流量で還元剤溶液を添加して銀核を生成させて銀核溶液とした。銀錯体を含む銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸20.5kg(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)と純水42.3Lを添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、液温32℃に保持した25質量%アンモニア水540Lに、塩化銀38.2kg(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して銀錯体溶液を得た。この溶液を限外ろ過(分画分子量150,000)した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液374mLを銀錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は53g/L)を、温浴中において32℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して20質量ppm以下であることが確認された。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液中の銀量に対して5.0質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液とを、それぞれ2.7L/分、0.90L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、フィルタープレスを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液343L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)490gを添加し、15分間撹拌した後、フィルタープレスでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水343L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
図14に得られた銀核の走査型電子顕微鏡(SEM)像を示し、図15に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.040μmと0.46μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.22であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.40μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(実施例9)
核生成用銀溶液に用いる25%アンモニア水を2260mL(銀量に対するアンモニア量のモル比で50)にした以外は、実施例8と同様にして、銀粉を得た。
図16に得られた銀核の走査型電子顕微鏡(SEM)像を示し、図17に銀粉のSEM像を示す。これらのSEM像から明らかなように、得られた銀核と銀粉の双方ともに、均一な粒子からなるものであった。また、SEM像より300個以上の一次粒子の粒径を測長して粒子数で平均することで求めた銀核と銀粉の平均粒径は、それぞれ0.035μmと0.43μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.21であり、均一で微粒がないことが確認された。また、添加した核数から計算される粒径は0.36μmであり、狙いとした粒径の銀粉が得られていることが確認された。
(比較例1)
分散剤のポリビニルアルコール31g((株)クラレ製、PVA205)を36℃の純水1.0Lに溶解し、さらに弱還元剤であるアスコルビン酸103gを添加した還元剤溶液と、粒子成長用銀溶液をそれぞれ送液して反応液としたこと以外は、実施例1と同様にして銀粉を得た。すなわち、比較例1では、還元剤溶液に銀核溶液を添加せず、核を用いた還元反応によって銀粒子を生成させなかった。
得られた銀粉について実施例1と同様に評価した。図18に、得られた銀粉のSEM像を示す。SEM像からも明らかなように、微細な銀粒子が生じてしまっていることが分かる。また、得られた銀粉の平均粒径は0.34μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は1.29であった。このように、微粒が多く生成され、その粒度分布も広がりを持っていて均一ではなかった。
(比較例2)
核生成用銀溶液に用いる塩化銀を14.6g、25質量%アンモニア水150mL(核生成用銀溶液中の銀濃度は1.5g/L、銀量に対するアンモニア量はモル比で20)、銀核生成に用いるヒドラジンを6.33mLにした以外は、実施例5と同様にして銀核溶液を得た。
得られた銀核は、沈殿しており、核として機能させるためには、核含有還元剤溶液中で銀核を均一に再分散させる必要がある。したがって、核生成用銀溶液中の銀濃度は1.0g/L以下とすることが好ましい。
(比較例3)
核生成用銀溶液に用いる塩化銀を90.2g、25質量%アンモニア水5600mL(核生成用銀溶液中の銀濃度は0.3g/L、銀量に対するアンモニア量はモル比で120)、ポリビニルアルコールを2700g、銀核生成に用いるヒドラジンを19.44mLにした以外は、実施例4と同様にして銀核溶液を得た。
ヒドラジンを添加終了後、1時間保持しても、反応は終了せず、そこへアスコルビン酸を添加すると、図19にSEM像を示すように、銀核同士が連結していることが確認された。このようにアンモニア量が多くなると核生成に長時間を要し生産性が低下する一方、反応終了前に弱還元剤を添加すると核の均一性が低下する。また、銀核が連結し、粒径が不均一になっていると、最終的に得られる銀粉の粒径の均一さに影響する可能性がある。したがって、核生成用銀溶液中の銀量に対するアンモニア量はモル比で100以下にすることが好ましい。
(比較例4)
38℃の温浴中において液温36℃に保持した25質量%アンモニア水50mLと純水0.46Lの混合液に、塩化銀2.25g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入して核生成用銀溶液(溶液中の銀濃度は3.0g/L、銀量に対するアンモニアのモル比で44)を作製した。
次に、分散剤のポリビニルアルコール31g((株)クラレ製、PVA205)を36℃の純水1.0Lに溶解し、そこへ強還元剤であるヒドラジン一水和物0.23mL(核生成用銀溶液中の銀量に対して1.2当量)を添加して得られた還元剤溶液を、温浴中において36℃に保持した。そして、還元剤溶液中に、20mL/分の流量で核生成用銀溶液を添加して銀核を生成させ、銀核溶液とした。銀錯体を含む銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して55質量ppmであった。
次に、得られた銀核溶液に、弱還元剤であるアスコルビン酸103g(下記の粒子成長用銀溶液中の銀量に対して1.4当量)を添加して核含有還元剤溶液とした。
一方、38℃の温浴中において液温36℃に保持した25質量%アンモニア水3.29Lに、塩化銀175g(住友金属鉱山(株)製)を撹拌しながら投入し溶解して銀錯体溶液を得た。この溶液を孔径0.1μmのメンブレンフィルターを用いてろ過した。さらに、消泡剤((株)アデカ製、アデカノールLG−126)を体積比で100倍に希釈し、この消泡剤希釈液1.7mLを銀錯体溶液に添加して得られた粒子成長用銀溶液(溶液中の銀濃度は35g/L)を、温浴中において36℃に保持した。粒子成長用銀溶液の一部を採取して、分画分子量10,000の限外ろ過を行って固形粒子の含有量を求めたところ、溶液中の銀量に対して53質量ppmであった。なお、核含有還元剤溶液に添加したポリビニルアルコールの添加量は、粒子成長用銀溶液の銀量に対して18質量%となる。
チューブポンプ(MASTERFLEX製)を使用し、粒子成長用銀溶液と核含有還元剤溶液を、それぞれ2.4L/分、0.80L/分で送液し混合して反応液とした。反応液中で銀錯体を還元して銀粒子スラリーを得て、受槽内に貯留した。2液の送液が終了した後、受槽内での攪拌を30分継続した。
撹拌終了後の反応液を、開口径0.3μmのメンブランフィルターを使用してろ過し、銀粒子を固液分離した。続いて、回収した銀粒子を0.05mol/LのNaOH水溶液2L中に投入し、そこへステアリン酸エマルジョン(中京油脂(株)製、セロゾール920)3.6gを添加し、15分間撹拌した後、開口径0.3μmのメンブランフィルターでろ過して回収した。0.05mol/LのNaOH水溶液への投入、撹拌、及びろ過からなる操作を更に2回繰返した後、回収した銀粒子を純水2L中に投入し、15分間の撹拌による洗浄と、フィルタープレスによるろ過からなる操作を行った。その後、銀粒子をステンレスバットに移し、真空乾燥機にて60℃で10時間乾燥して銀粉を得た。
得られた銀粉について実施例1と同様に評価した。図20に得られた銀核のSEM像を示し、図21に銀粉のSEM像を示す。得られた銀粉の平均粒径は0.42μmであり、測定結果より得られた銀粉の粒径の相対標準偏差(標準偏差σ/平均粒径d)は0.25であった。添加した核数から計算される粒径は0.7μmであり、銀錯体に含まれる不純物粒子が核として機能し、銀粉の粒径に影響したと推測される。このように、核生成用銀溶液をろ過しない場合、銀核の粒径が大きくなり、粒径の均一性が高い銀粉が得られるものの、銀粉を所望の粒径に制御することが困難である。