CN103146262B - 量子点在颜料分散液中的用途以及一种颜料分散液和其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及量子点在颜料分散液中的用途。本发明还涉及了一种颜料分散液，其包括颜料、量子点、分散剂、分散树脂及溶剂，本发明还涉及了所述颜料分散液的制备方法。本发明提供的量子点用途扩大了量子点的应用领域，开拓了其在液晶显示领域的应用。本发明提供的加入了量子点的颜料分散液，不仅分散稳定性得到了明显提高，而且还可以通过调节量子点的成分、尺寸等，使量子点跟有机颜料互相作用，从而改善颜料的颜色特性、提高对比度。

Description

量子点在颜料分散液中的用途以及一种颜料分散液和其制备方法

技术领域

本发明涉及颜料技术领域，具体涉及量子点在颜料分散液中的用途以及添加了量子点的颜料分散液和其制备方法。

背景技术

彩色滤光片是液晶显示器实现彩色显示的关键部件，背光源发射出的白光透过液晶层照射到彩色滤光片上，通过彩色滤光片上对应每个像素设置的红、绿、蓝三色颜料光阻即可透射出红、绿、蓝色的光，各个不同颜色的像素最终混合形成彩色影像。目前常用的彩色滤光片上颜料光阻制作方法包括染色法、印刷法、电沉积法、颜料分散法等。颜料分散法由于在颜色特性、图像精度及对光、热的耐性方面有优势而成为主流的制作方法。颜料分散法的基本原理是将颜料光阻剂涂覆在透明的衬底基板上，而后以紫外线灯类似光线进行照射，使颜料光阻剂固化形成彩色膜层。颜料光阻剂中包含有颜料分散液等，而颜料分散液中则主要包括有色颜料、分散剂、树脂和溶剂等。

颜料分散液中，颜料一般采用机械球磨或者超声粉碎的方法分散于溶剂介质中，并在外力作用下将颜料聚集体打碎成小颗粒，分散剂吸附在颜料颗粒表面，阻止颜料颗粒间的聚集，使颜料颗粒稳定均匀地分散于介质中。

为提高颜料分散液的稳定性，现有的研究中大多采用向其中加入添加剂（如分散树脂、相承剂等）的方法，这些方法虽然能改善颜料的分散性，但是对于颜料的色度产生了不良的影响，颜料成膜后会降低颜料的色纯度以及饱和度。此外，由于颜料的颜色固定性，也使得颜料分散液不易于调整至所需的色度。

发明内容

本发明的一个目的是提供量子点在颜料分散液中的用途。

本发明的另一目的是提供一种颜料分散液。

本发明的另一目的是提供一种颜料分散液的制备方法。

量子点尺寸较小，为纳米级，易于分散于溶剂中，分散性好，利用量子点的良好分散性可作为颜料颗粒之间的隔离层，防止颜料颗粒发生聚集，从而提高颜料分散液的稳定性。此外，由于量子点的尺寸效应，可以通过控制量子点的尺寸大小来改变量子点对光波的吸收，利用此性质可以改善和控制颜料的颜色特性。基于上述原理，本发明提供了量子点在颜料分散液中的用途。

所述量子点可以为任意形状，如球形、方形、棒状等等；优选为球形。

所述量子点可以为水溶性量子点，也可以为油溶性量子点，优选为油溶性量子点。

所述量子点选自掺杂或非掺杂的以下量子点中的一种或多种：硫化锌、氧化锌、氮化镓、硒化锌、硫化镉、硒化镓、硒化镉、碲化锌、碲化镉、砷化镓、磷化铟及碲化铅。

本发明提供的颜料分散液，按重量份包括以下成分：

颜料：5～30份；

量子点：1～10份；

分散剂：1～20份；

分散树脂：1～15份；

溶剂：50～100份。

优选地，所述颜料分散液按重量份包括以下成分：

颜料：5～20份；

量子点：1～5份；

分散剂：5～15份；

分散树脂：1～10份；

溶剂：60～90份。

其中，所述量子点为球形量子点。

其中，所述量子点为油溶性量子点。

其中，所述量子点选自掺杂或非掺杂的以下量子点中的一种或多种：硫化锌、氧化锌、氮化镓、硒化锌、硫化镉、硒化镓、硒化镉、碲化锌、碲化镉、砷化镓、磷化铟及碲化铅。

其中，所述颜料选自红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、绿色颜料、紫色颜料中的一种或多种。

其中，所述分散剂选自酰胺类聚合物、改性聚亚胺酯聚合物、含有亲颜料基团的高分子嵌段共聚物、改性聚氨酯、改性聚丙烯酸酯、有机硅表面活性剂中的一种或多种。

其中，所述分散树脂选自环氧丙烯酸酯、酚醛树脂、改性苯乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物中的一种或多种。

其中，所述溶剂选自乙二醇醚、乙酸乙酯、甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚乙二醇酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单甲基醚醋酸酯、异丙醇、正丁醇中的一种或多种。

本发明提供的颜料分散液制备方法，包括以下步骤：

（1）预分散阶段：加入分散剂、分散树脂、颜料、量子点以及20～80wt%的溶剂，搅拌均匀得颜料混合体；

（2）研磨阶段：将预分散阶段所得的颜料混合体进行研磨；

（3）稀释阶段：向研磨后的颜料混合体中加入剩余溶剂，搅拌稀释即得所述颜料分散液。

本发明提供的量子点用途扩大了量子点的应用领域，开拓了其在液晶显示领域的应用。

本发明提供的加入了量子点的颜料分散液，不仅分散稳定性得到了明显提高，而且还可以通过调节量子点的成分、尺寸等，使量子点跟有机颜料互相作用，从而改善颜料的颜色特性以提高对比度，与不加入量子点的颜料分散液相比，对比度提高了40-60%。

附图说明

图1为加入磨珠研磨颜料的分散示意图（含球形量子点）；

图2为加入球形量子点后颜料的分散示意图；

图3为加入磨珠研磨颜料的分散示意图（不含球形量子点）；

图4为不加入球形量子点颜料的分散示意图；

图中：1、颜料颗粒；2、球形量子点；3、磨珠。

具体实施方式

本发明实施方式提供的颜料分散液，按重量份包括5～30份颜料、1～10份量子点、1～20份分散剂、1～15份分散树脂以及50～100份溶剂。

优选地，颜料分散液按重量份包括5～20份颜料、1～5份量子点、5～15份分散剂、1～10份分散树脂以及60～90份溶剂。

本发明实施方式的颜料分散液中，量子点可以为任意形状，如球形、方形、棒状等等，优选为球形，球形量子点的尺寸更易控制，并且制备方法更为简便。量子点的粒径为1～100nm，优选1～50nm，更优选1～20nm，最优选1～10nm。量子点可以为水溶性量子点，也可以为油溶性量子点，优选为油溶性量子点，油溶性量子点通常采用有机溶剂合成法在有机催化剂如ODE、TOP、油胺、油酸等的催化下制备，此法得到的量子点表面含有上述有机催化剂，而这些有机催化剂跟有机溶剂有着良好的互溶性，因此所得的量子点在颜料分散液中的分散性能更好。

本发明实施方式的颜料分散液对于量子点的组成没有特别限定，只要其粒径和吸收波段符合颜料分散液的分散及显色要求即可，可由II-VI族或III-V族元素组成。优选地，量子点选自掺杂或非掺杂的以下量子点中的一种或多种：硫化锌、氧化锌、氮化镓、硒化锌、硫化镉、硒化镓、硒化镉、碲化锌、碲化镉、砷化镓、磷化铟及碲化铅。掺杂量子点的掺杂元素可以为Fe、Mn、Zn、Co等过渡金属元素，也可以为稀土元素，还可以为其他任意的掺杂元素。

基于颜料分散液的颜色要求，可根据量子点的尺寸效应、即根据不同成分、不同尺寸量子点的吸收波段来选择相应的量子点。例如硒化镉量子点，平均粒径约为5nm时显现的颜色为黄色，可用于黄色的颜料分散液中以改善颜料稳定性及黄色颜料的颜色特性；平均粒径约为7nm时，显现的颜色为红色，可用于红色的颜料分散液中。

量子点可以选用市售产品，也可以根据现有技术进行制备，优选使用有机溶剂合成法进行制备，如中国专利CN102199425A、CN1562765A、ZL200810031981.0等公开的制备方法。

本发明实施方式的颜料分散液中，颜料可选用现有颜料分散液所使用的任意有机颜料，优选选自红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、绿色颜料、紫色颜料中的一种或多种。颜料的成分没有特别限定，现有有机颜料都可用于上述颜料分散液。优选地，包括以下种类：单偶氮黄色和橙色颜料、双偶氮颜料、萘酚系列颜料、色酚AS系列颜料、偶氮色淀类颜料、苯并咪唑酮颜料、偶氮缩合颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮类颜料、硫靛系颜料、蒽醌颜料、二噁嗪颜料、三芳甲烷类颜料、吡咯并吡咯二酮系颜料（DPP系颜料）、喹酞酮类颜料等。更优选地，红色颜料选自如PR224、PR254、PR264、PR122、PR123、PR177、PR179、PR190等；黄色颜料选自如PY1、PY12、PY13、PY83、PY93、PY95、PY109、PY126、PY138、PY139、PY150、PY174、PY180等；绿色颜料选自如PG36、PG37、PG7、PG58等；蓝色颜料选自如PB1、PB2、PB15、PB15:3、PB15:4、PB15:6、PB16、PB22、PB60等；紫色颜料选自如PV32、PV36、PV38、PV39、PV23、PV9等。

本发明实施方式的颜料分散液中，分散剂可选用现有颜料分散液所使用的任意分散剂，优选选自酰胺类聚合物、改性聚亚胺酯聚合物、含有亲颜料基团的高分子嵌段共聚物、改性聚氨酯、改性聚丙烯酸酯、有机硅表面活性剂中的一种或多种。更优选地，分散剂选自常见的市售分散剂，如BYK系列（德国毕克化学）分散剂、solsperse系列（德国路博润公司）分散剂或国产的同类分散剂。

本发明实施方式的颜料分散液中，分散树脂可选用现有颜料分散液所使用的任意分散树脂，优选选自环氧丙烯酸酯、酚醛树脂、改性苯乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物中的一种或多种。更优选地，分散树脂选自常见的市售产品，如德固赛环氧丙烯酸树脂或国产同类产品等。

本发明实施方式的颜料分散液中，溶剂可选用现有颜料分散液所使用的任意有机溶剂，优选与量子点相容性更好的有机溶剂，例如选自乙二醇醚、乙酸乙酯、甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚乙二醇酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单甲基醚醋酸酯、异丙醇、正丁醇中的一种或多种。

本发明实施方式的颜料分散液的制备可采用现有颜料分散液领域的任意制备方法。颜料分散液的制备通常包括预分散和研磨两个主要步骤，量子点在预分散步骤与分散剂、分散树脂、颜料、全部或部分的溶剂一起加入，加料的顺序没有特别要求，可由本领域普通技术人员容易地确定。优选地，颜料分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）预分散阶段：加入分散剂、分散树脂、颜料、量子点以及20～80wt%的溶剂，搅拌均匀得颜料混合体；

（2）研磨阶段：将预分散阶段所得的颜料混合体进行研磨；

（3）稀释阶段：向研磨后的颜料混合体中加入剩余溶剂，搅拌稀释即得所述颜料分散液。

进一步优选地，颜料分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）预分散阶段：加入分散剂、分散树脂、颜料、量子点以及20～80wt%的溶剂，1800～3200rpm的转速下搅拌1～5小时直至混匀，得颜料混合体；

（2）研磨阶段：将预分散阶段所得的颜料混合体以800～2400rpm的转速研磨0.5～3小时；

（3）稀释阶段：向研磨后的颜料混合体中加入剩余溶剂，以400～1000rpm的转速搅拌10～60分钟进行稀释，即得所述颜料分散液。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的试剂均为常规市售试剂，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1含有硒化镉量子点的颜料分散液

一、原料

红色颜料粉（PR254）100g、平均粒径约为7nm的球形硒化镉量子点（背光源激发可发出红光）20g、分散剂（BYK2000）80g、分散树脂（德固赛PQ611）30g，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）溶剂770g。

二、制备过程

1、加入分散剂、分散树脂、颜料粉、硒化镉量子点以及470gPMA，2700rpm的转速下搅拌4小时直至混匀，得颜料混合体。

2、将所得颜料混合体送入砂磨机，以1300rpm的转速研磨1小时，研磨过程中颜料的分散情况如图1所示。

3、向研磨后的颜料混合体中加入300gPMA，以600rpm的转速搅拌40分钟进行稀释，即得颜料分散液，颜料的分散情况如图2所示。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，以及目测容器底部是否有沉淀产生，考察方法是在常温（25℃）和41℃下观测粘度和粒径随时间的变化。实施例1颜料分散液的考察结果如表1所示。

表1实施例1颜料分散液中颜料粒径和粘度随时间的变化表

由表1结果可知，加入量子点后得到的颜料分散液中，颜料粒径和粘度随时间的变化很小，并且没有沉淀产生，颜料分散液的稳定性得到了明显提高。

实施例2含有硒化镉量子点的颜料分散液

一、原料

红色颜料粉（PR254）100g、平均粒径约为7nm的球形硒化镉量子点35g、分散剂（BYK2000）80g、分散树脂（德固赛PQ611）30g，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）溶剂755g。

二、制备过程

1、加入分散剂、分散树脂、颜料粉、硒化镉量子点以及455gPMA，3000rpm的转速下搅拌3小时直至混匀，得颜料混合体。

2、将所得颜料混合体送入砂磨机，以1500rpm的转速研磨1小时。

3、向研磨后的颜料混合体中加入300gPMA，以500rpm的转速搅拌50分钟进行稀释，即得。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，方法同实施例1。颜料颗粒的粒径为49.48nm，粘度为5.79cps，存放90天后，粒径变化幅度在5%以下、粘度变化幅度在5%以下，颜料粒径和粘度随时间的变化很小，并且没有沉淀产生，颜料分散液的稳定性得到了明显提高。

实施例3含有硒化镉量子点的颜料分散液

一、原料

红色颜料粉（PR264）180g、平均粒径约为7nm的球形硒化镉量子点15g、分散剂（solsperse32500）140g、分散树脂（A81树脂）70g，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）溶剂900g。

二、制备过程

1、加入分散剂、分散树脂、颜料粉、硒化镉量子点以及450gPMA，2000rpm的转速下搅拌4.5小时直至混匀，得颜料混合体。

2、将所得颜料混合体送入砂磨机，以800rpm的转速研磨3小时。

3、向研磨后的颜料混合体中加入450gPMA，以1000rpm的转速搅拌15分钟进行稀释，即得。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，方法同实施例1。颜料颗粒的粒径为50.28nm，粘度为5.91cps，存放90天后，粒径变化幅度在5%以下、粘度变化幅度在5%以下，颜料粒径和粘度随时间的变化很小，并且没有沉淀产生，颜料分散液的稳定性得到了明显提高。

实施例4含有硒化镉量子点的颜料分散液

一、原料

黄色颜料粉（PY139）70g、平均粒径约为5nm的球形硒化镉量子点（背光源激发可发出黄光）40g、分散剂（solsperse32500）100g、分散树脂（A81树脂）60g，甲基异丁基酮850g。

二、制备过程

1、加入分散剂、分散树脂、颜料份、硒化镉量子点以及550g溶剂，1800rpm的转速下搅拌5小时直至混匀，得颜料混合体。

2、将所得颜料混合体送入砂磨机，以900rpm的转速研磨2.5小时。

3、向研磨后的颜料混合体中加入300g溶剂，以800rpm的转速搅拌25分钟进行稀释，即得。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，方法同实施例1。颜料颗粒的粒径为50.36nm，粘度为5.22cps，存放90天后，粒径变化幅度在5%以下、粘度变化幅度在5%以下，颜料粒径和粘度随时间的变化很小，并且没有沉淀产生，颜料分散液的稳定性得到了明显提高。

实施例5含有碲化镉量子点的颜料分散液

一、原料

黄色颜料粉（PY139）150g、平均粒径约为4nm的球形碲化镉量子点（背光源激发可发出黄光）30g、分散剂（solsperse32500）120g、分散树脂（PQ611）80g，甲基异丁基酮650g。

二、制备过程

1、加入分散剂、分散树脂、颜料粉、碲化镉量子点以及350g溶剂，2400rpm的转速下搅拌4小时直至混匀，得颜料混合体。

2、将所得颜料混合体送入砂磨机，以2200rpm的转速研磨0.5小时。

3、向研磨后的颜料混合体中加入300g溶剂，以700rpm的转速搅拌35分钟进行稀释，即得。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，方法同实施例1。颜料颗粒的粒径为51.68nm，粘度为5.72cps，存放90天后，粒径变化幅度在5%以下、粘度变化幅度在5%以下，颜料粒径和粘度随时间的变化很小，并且没有沉淀产生，颜料分散液的稳定性得到了明显提高。

对比例

不加入任何量子点，其余步骤同实施例1。研磨过程中颜料的分散示意图如图3所示，所得颜料分散液中颜料的分散示意图如图4所示。

考察颜料分散液中的颜料颗粒粘度和粒径随时间的变化，方法同实施例1。对比例颜料分散液的考察结果如表2所示。

表2对比例颜料分散液中颜料粒径和粘度随时间的变化表

由表2结果可知，没有加入量子点时，颜料分散液在出料后粒径能够达到60nm左右，但是一天以后粒径快速增长，一周时间粒径已达100nm以上，粘度也在持续增大，一月后颜料分散液即呈絮凝状态，颜料分散液的稳定性很差。

实验例

考察对比度，考察方法为分别采用实施例1-5及对比例的颜料分散液在玻璃片上进行涂膜，然后采用常规对比度测试仪在相同的测试条件下测试对比度，结果如表3所示。

表3实施例1-5以及对比例的对比度测试结果

样品	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例
							对比度	2389	2548	2465	2473	2510	1646

表3结果表明，实施例1-5颜料分散液的对比度得到了明显的提高，与不加入量子点的对比例颜料分散液相比，对比度提高了40-60%。

由实施例1-5、对比例及实验例可知，在颜料分散液中添加量子点，可明显改善颜料分散液的稳定性，还能提高颜料分散液的对比度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种颜料分散液，其特征在于，按重量份包括以下成分：

2.根据权利要求1所述的颜料分散液，其特征在于，所述颜料分散液按重量份包括以下成分：

3.根据权利要求1所述的颜料分散液，其特征在于，所述量子点为球形量子点。

4.根据权利要求3所述的颜料分散液，其特征在于，所述量子点为油溶性量子点。

5.根据权利要求1-4任一项所述的颜料分散液，其特征在于，所述量子点选自掺杂或非掺杂的以下量子点中的一种或多种：硫化锌、氧化锌、氮化镓、硒化锌、硫化镉、硒化镓、硒化镉、碲化锌、碲化镉、砷化镓、磷化铟及碲化铅。

6.根据权利要求1-4任一项所述的颜料分散液，其特征在于，所述颜料选自红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、绿色颜料、紫色颜料中的一种或多种。

7.根据权利要求1-4任一项所述的颜料分散液，其特征在于，所述分散剂选自酰胺类聚合物、改性聚亚胺酯聚合物、含有亲颜料基团的高分子嵌段共聚物、改性聚氨酯、改性聚丙烯酸酯、有机硅表面活性剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1-4任一项所述的颜料分散液，其特征在于，所述分散树脂选自环氧丙烯酸酯、酚醛树脂、改性苯乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物中的一种或多种。

9.根据权利要求1-4任一项所述的颜料分散液，其特征在于，所述溶剂选自乙二醇醚、乙酸乙酯、甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚乙二醇酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、正丁醇中的一种或多种。

10.权利要求1-4任一项所述颜料分散液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预分散阶段：加入分散剂、分散树脂、颜料、量子点以及20～80wt％的溶剂，搅拌均匀得颜料混合体；

(2)研磨阶段：将预分散阶段所得的颜料混合体进行研磨；

(3)稀释阶段：向研磨后的颜料混合体中加入剩余溶剂，搅拌稀释即得所述颜料分散液。