CN111566166A - 包含染料的纳米颗粒分散体 - Google Patents

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Abstract

一种用于制备固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体的方法,该方法包括:在逆流混合反应器或并行混合反应器中,将包含在有机溶剂或其他溶剂中的固体有机染料或颜料的反应物前体的至少一种溶液或浆料与液体载体连续地混合,由此获得反应物前体的反应和固体有机染料或颜料作为纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成;任选地,当未反应的反应物前体和/或副产物存在时从分散体中除去未反应的反应物前体和/或副产物;以及任选地,浓缩该分散体。

Description

包含染料的纳米颗粒分散体
本发明涉及一种用于制备固体有机染料或颜料在液体载体诸如水基液体载体中的纳米颗粒分散体的方法,以及涉及通过该方法获得的固体有机染料和颜料的纳米颗粒分散体。
纳米颗粒分散体可以用作数字喷墨印刷的油墨浓缩物或用作化妆品糊剂。
适合于数字喷墨印刷的油墨浓缩物的生产目前需要将固体颜料或染料碾磨至合适的纳米颗粒尺寸,并且随后将纳米颗粒与稳定剂诸如润湿剂和/或分散剂一起分散在合适的载体液体中。
生产工艺是间歇工艺,其通常是费时且高成本的,尤其是因为所需的碾磨通常是漫长的,并且消耗大量的能量以及大量的水和有机溶剂。
此外,它通常伴随着分散体和喷墨油墨的再现性的显著问题,并且受到某些颜料或染料(例如,分散红55(Disperse Red 55))不能容易地通过标准工艺碾磨以提供稳定的分散体的事实的限制。
本发明通常通过提供一种用于合成和分散固体有机染料或颜料的纳米颗粒的方法来寻求对这种情况的改善。
本发明还寻求提供一种用于连续合成和分散固体有机染料或颜料的纳米颗粒的方法。
因此,在第一方面中,本发明提供了一种用于制备固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体的方法,该方法包括:
在逆流混合反应器或并行混合反应器中,将包含在有机溶剂或其他溶剂中的固体有机染料或颜料的反应物前体的至少一种溶液或浆料与液体载体连续地混合,由此获得反应物前体的反应和固体有机染料或颜料作为纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成。
所述方法还可以包括当未反应的反应物前体和/或副产物存在时从分散体中除去未反应的反应物前体和/或副产物;以及任选地浓缩该分散体。
应注意,本文提及固体有机染料或颜料的分散体是提及主要包含固体有机染料或颜料并且具有低于500nm的平均粒度的纳米颗粒的分散体。
纳米颗粒可以基本上由液体载体中的固体有机染料或颜料组成。可选择地,纳米颗粒可以基本上由固体有机染料或颜料和至少部分地包封纳米颗粒的润湿剂组成。
提及固体有机染料或颜料是提及合成的或天然存在的有机染料或有机颜料,其包含有机分子或有机金属分子,并且在标准温度和压力通常是固体。
固体有机染料或颜料可以是结晶固体、胶体固体(诸如量子点)或无定形固体。
所述方法不限于任何特定类别的有机染料或颜料—在合适的温度和压力,固体有机染料或颜料的一种或更多种反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中具有一定的溶解度就足够了。
固体有机染料或颜料可以例如包括与碳结合的基于诸如氢、氮、氧、磷和硫等的元素的小有机分子。小有机分子也可以包含无机金属或金属离子,诸如铜(II)离子。
固体有机染料或颜料可以是其中一种或更多种简单的有机化合物已经变得附接至无机实体的杂化化合物(hybrid compound)。例如,其可以包含色淀颜料或功能化量子点。
在一些实施方案中,固体有机染料或颜料具有小于或等于1500gmol-1,例如,小于或等于1200gmol-1、1000gmol-1或850gmol-1的分子量。
提及液体载体是提及其中固体有机染料或颜料在标准室温和压力通常不溶于其中的液体。
在大多数但非全部的实施方案中,液体载体将不同于用于反应物前体的至少一种溶液或浆料的溶剂。
因此,有机溶剂或其他溶剂和液体载体可以分别被认为是反应物前体的溶剂和固体有机染料或颜料的反溶剂(anti-solvent)。溶剂混合物的液体载体通常将以超过有机溶剂或其他溶剂的量存在。
当然,有机溶剂或其他溶剂和液体载体应当是可相互混溶的。
在一种实施方案中,包含反应物前体的至少一种溶液或浆料的混合包括将固体有机染料或颜料的单一反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的溶液或浆料与液体载体混合。在该实施方案中,固体有机染料或颜料通过单一反应物前体的二聚反应或低聚反应来形成。
在另一种实施方案中,包含反应物前体的至少一种溶液或浆料的混合包括将固体有机染料或颜料的第一反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第一溶液或浆料和固体有机染料或颜料的第二反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第二溶液与液体载体混合。
在另外的实施方案中,包含反应物前体的至少一种溶液或浆料的混合包括将固体有机染料或颜料的第一反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第一溶液或浆料与包含固体有机染料或颜料的第二反应物前体的液体载体混合。
在这些实施方案中,第一溶液或浆料、第二溶液或浆料和液体载体中的任一种可以包含另外的反应物前体或试剂,所述试剂诸如酸、碱或用于催化一种或更多种反应物前体的反应的其他催化剂。
应注意,液体载体不需要包含反应物前体,或者甚至不需要包含诸如酸、碱或其他催化剂的试剂—尽管这样做是有利的,因为可以避免对现有的逆流混合反应器和并行混合反应器的改造的需要。
合适的逆流混合反应器包括在文献中被描述为连续水热流合成(CHFS)反应器并且用于合成金属或金属氧化物的那些逆流混合反应器。
逆流混合反应器通常包括用于第一溶液的入口、用于第二溶液的入口以及用于第一溶液和第二溶液两者的出口。
尽管逆流混合反应器可以包括T形反应器或Y形反应器,但优选的是逆流混合反应器包括其中第二入口与第一入口径向相对并且设置在出口中的反应器。
优选的逆流混合反应器例如在国际专利申请WO 2005/077505 A2、WO 2014/111703 A2和WO 2015/075439 A1中被描述(所有这些国际专利申请通过引用以其整体并入本文)。
因此,逆流混合反应器可以具有竖直构造(vertical configuration),其中第一入口、第二入口和出口被同轴地设置。第二入口可以包括成形喷嘴,特别是锥形漏斗。
反应器还可以设置有用于加热溶液和液体载体中的一种的预热器和用于冷却溶液和液体载体中的另一种的冷却器。
应注意,正是在反应器中反应物前体的至少一种溶液或浆料与液体载体的紧密混合导致一种或更多种反应物前体反应以形成固体有机染料或颜料,并且导致固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中沉淀。
合适的逆流混合反应器还包括由上文提及的逆流混合反应器改造的那些,以适应两种或更多种溶液或浆料与液体载体的混合,每种溶液或浆料都包含反应物前体。
国际专利申请WO 2005/077505 A2中描述的反应器的一种改造在第一入口内或在第二入口内或在两个入口内设置单独的通道。
另一种改造提供了第一入口和与第一入口同轴的第三入口,使得第一入口和第三入口与第二入口径向相对。
在一种实施方案中,固体有机染料或颜料的第一反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第一溶液或浆料以及固体有机染料或颜料的第二反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第二溶液或浆料,可以通过第一入口中的相应通道被向上泵送,并且液体载体通过第二入口被向下供给。
当然,其他布置也是可能的,尽管反应物前体的单独溶液的数目可能受到与反应器的入口的适配或入口的数目有关的实际考虑的限制。
应注意,一种或更多种反应物前体在所述溶液或浆料或每种溶液或浆料中或在液体载体中的浓度可以根据相应的流量来选择,以优化进入反应器内的混合区的一种或更多种反应物前体的量,用于完全反应或朝向完全反应。
所述方法可以包括形成包含反应物前体的一种溶液或浆料或包含反应物前体的每种溶液或浆料,该溶液或浆料包含润湿剂和/或分散剂,条件是它不干扰一种或更多种反应物前体的反应。可选地或另外地,所述方法可以包括将所述溶液或浆料或每种溶液或浆料与包含润湿剂和/或分散剂的液体载体混合,条件是它不干扰一种或更多种反应物前体的反应。
一旦固体有机染料或颜料的纳米颗粒在逆流混合反应器中形成,在有机溶剂或其他溶剂和/或液体载体中包含润湿剂可以至少部分地提供对所述固体有机染料或颜料的纳米颗粒的包封。
向液体载体和溶剂混合物中添加分散剂可以有助于固体有机染料或颜料的纳米颗粒的包封—并且可以在从混合物中除去未反应的一种或更多种反应物前体和副产物(如果需要)以及任选地有机溶剂或其他溶剂之前或之后进行。
在一种实施方案中,所述方法规定液体载体仅包含润湿剂,并且所述方法还包括在从混合物中除去未反应的一种或更多种反应物前体和/或副产物以及任选地有机溶剂或其他溶剂之后,向纳米颗粒分散体中添加分散剂。
所述方法令人惊讶地提供了固体有机染料和颜料的纳米颗粒分散体,该纳米颗粒分散体是稳定的(即使没有包含或添加润湿剂和/或分散剂),并且非常适合于生产用于喷墨印刷的油墨浓缩物。
首先,分散体是单峰的(unimodal),并且示出在中央峰周围相当窄的纳米颗粒尺寸分布,以及在1nm和500nm之间、特别是在100nm和300nm之间、并且例如约120nm的平均直径。
其次,分散体可以示出在100nm和300nm之间并且特别是约120nm的中值Dv50值。分散体可以可选择地示出在100nm和300nm之间并且特别是约120nm的Dv97值。
在优选的实施方案中,所述方法包括形成固体有机染料或颜料的反应物前体在有机溶剂中的溶液。在这些和其他实施方案中,液体载体可以是水或水基液体载体。
在其他实施方案中,所述方法包括形成固体有机染料或颜料的反应物前体在水或水基液体载体中的溶液或浆料。在这些实施方案中,其他溶剂是水,并且液体载体可以是有机溶剂,例如甲醇。
应注意,在一些实施方案中,所述方法提供了稳定的分散体,该分散体根本不包含润湿剂或分散剂,或者仅包含润湿剂或分散剂。相比之下,依赖于碾磨的固体有机染料或颜料的分散体的方法通常需要润湿剂和分散剂两者。
在其他实施方案中,所述方法提供分散体,其中润湿剂和/或分散剂的量与碾磨后用于制备类似分散体的量基本上不同。
应注意,所述方法不需要一种或更多种溶液或浆料的密度不同于液体载体的密度—但有机溶剂或其他溶剂应可与液体载体混溶。
也不需要溶液或浆料或液体载体处于其近临界状态或超临界状态。然而,所述方法可以使用处于其近临界状态或超临界状态的液体载体,例如包括水。
固体有机染料或颜料的纳米颗粒的中值(或Z)直径尺寸和分散体的稳定性不仅可以通过及时使用润湿剂和/或分散剂来控制,而且还可以通过选择一个或更多个工艺参数来控制。
这些工艺参数可以包括一种或更多种反应物前体在所述溶液或浆料或每种溶液或浆料中或在液体载体中的浓度、所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和/或液体载体的温度和压力、所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和/或液体载体的停留时间,以及所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和液体载体在反应器中的流量的比。
可以进行所述方法的温度可以在室温和450℃之间的范围内。例如,该温度可以在室温和250℃、150℃或100℃之间。压力可以在约0.1MPa(1atm)和25.0MPa(250atm)之间的范围内。例如,压力可以小于约20.0MPa(200atm)或10MPa(100atm),或者甚至小于约2.0MPa(20atm)或1.0MPa(10atm)。
溶液或浆料和液体载体在反应器中的停留时间可以例如在1秒和5分钟之间的范围内,并且流量的比可以例如在1:1和1:100之间的范围内。
所述选择还可以控制纳米颗粒分散体的多分散性。
在优选的实施方案中,所述方法提供了具有单峰多分散性的固体有机染料或颜料的纳米颗粒分散体。动态光散射(DLS)多分散性指数可以在0.1和3.0之间的范围内,并且可以是例如2.0或更小,或者1.0或更小。
所述方法特别适合于但不限于制备不溶于有机溶剂(以及液体载体)的有机颜料或有机染料的分散体,因为反应物前体通常可溶于这样的溶剂。
然而,应注意,反应物前体的选择通常将考虑与待使用的液体载体的不希望的化学反应诸如水解的可能性。
在优选的实施方案中,反应物前体通常被选择成使得它们可溶于有机溶剂,并且有机颜料或有机染料不溶于液体载体诸如水。
所述方法可以提供固体有机颜料的纳米颗粒分散体,所述固体有机颜料包括但不限于被取代的和未被取代的酞菁,并且特别是酞菁蓝BN、酞菁绿G、颜料蓝15:3、颜料紫23、颜料黄10、颜料黄12、颜料黄13、颜料黄16、颜料黄33、颜料黄81、颜料黄83、颜料黄110、颜料黄139、颜料黄155、颜料黄180、颜料黄185、颜料红122、颜料红208、颜料红254、颜料绿36、喹啉黄和喹吖啶酮以及其混合物。
所述方法可以提供固体有机染料的纳米颗粒分散体,所述固体有机染料包括但不限于分散染料,诸如分散蓝14、分散蓝19、分散蓝72、分散蓝334、分散蓝359、分散蓝360、分散棕27、分散橙25、分散黄54、分散黄64、分散黄82、分散红55、分散红60、Macrolex Red H、分散紫28、溶剂蓝67、溶剂蓝70、溶剂红49、溶剂红160、溶剂黄162、溶剂紫10、溶剂黑29、还原红41以及其混合物。
用于所述溶液或浆料或每种溶液或浆料的有机溶剂或其他溶剂可以是液体溶剂或气体溶剂。其可以特别地包括任何合适的有机溶剂,包括但不限于乙酸乙酯、乙醇、甲醇、二乙醚、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、异丙醇以及其混合物。其可以可选择地包括任何合适的气体,并且特别是超临界二氧化碳。
液体载体可以是水基液体载体或水。水基液体载体可以包括水和一种或更多种多元醇,诸如乙二醇、丙二醇或具有至少5个碳原子的多元醇,诸如在国际专利申请WO 2014/127050 A1中描述的那些。
可选择地,其他溶剂可以是水或如上文所描述的水基液体载体,并且液体载体可以是如上文所描述的有机溶剂。
润湿剂和/或分散剂可以包括一种或更多种水溶性表面活性剂。水溶性表面活性剂可以是通过碾磨制造染料或颜料分散体常规的阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。
合适的阴离子型表面活性剂包括但不限于烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基芳基磺酸盐(例如,直链烷基苯磺酸盐)、α-烯烃磺酸盐、烷基硫酸酯的碱金属盐或铵盐、烷基醚硫酸酯的碱金属盐或铵盐、烷基磷酸盐、有机硅磷酸盐、烷基甘油磺酸盐、烷基磺基琥珀酸盐、烷基牛磺酸盐、烷基肌氨酸盐、酰基肌氨酸盐、磺基乙酸盐、烷基磷酸酯、单烷基马来酸盐、酰基异硫代硫酸盐(acyl isothionate)、烷基羧酸盐、磷酸酯、磺基琥珀酸盐、木质素磺酸盐及其组合。其他合适的阴离子型表面活性剂包括月桂基硫酸钠、月桂基醚硫酸钠、月桂基磺基琥珀酸铵、月桂基硫酸铵、月桂基醚硫酸铵、十二烷基苯硫酸钠、三乙醇胺十二烷基苯硫酸盐、椰油基异硫代硫酸钠、月桂酰基异硫代硫酸钠和N-月桂基肌氨酸钠。
合适的非离子型表面活性剂包括但不限于单链烷醇酰胺和二链烷醇酰胺、胺氧化物、烷基聚葡萄糖苷、乙氧基化有机硅、乙氧基化醇、乙氧基化羧酸、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化胺、乙氧基化酰胺、乙氧基化烷基醇酰胺、乙氧基化烷基酚、乙氧基化甘油酯、乙氧基化脱水山梨糖醇酯、乙氧基化磷酸酯、嵌段共聚物(例如,聚乙二醇-聚丙二醇嵌段共聚物)、乙二醇硬脂酸酯、甘油硬脂酸酯及其组合。
未反应的一种或更多种反应物前体和/或副产物(如果需要)从分散体中的除去通常将在反应器外部进行。可以使用任何合适的方法,包括但不限于冲洗、溶剂提取、渗析、微滤、超滤和离子交换色谱法。
在一种实施方案中,未反应的前体和/或副产物的除去包括用碱诸如氢氧化钠的水溶液冲洗,随后用水冲洗。
所述方法的浓缩步骤可以仅从分散体中除去有机溶剂或其他溶剂。可选择地,该浓缩步骤可以除去有机溶剂以及一些液体载体。
在优选的实施方案中,所述方法还包括通过从分散体中至少除去有机溶剂来浓缩所述分散体。
浓缩步骤可以通过任何合适的方法进行,所述任何合适的方法包括蒸发,诸如在真空或部分真空下的旋转蒸发。在这种情况下,有机溶剂或其他溶剂的除去可以在第一温度进行,并且液体载体的除去可以在高于第一温度的第二温度进行。
当然,所述方法的浓缩步骤可以包括完全离心或过滤,以及将固体重新悬浮在液体载体中。
所述方法可以提供固体有机染料或颜料的纳米颗粒分散体,该纳米颗粒分散体可以直接用作用于喷墨印刷的油墨浓缩物。在这种情况下,所述方法包括除去未反应的前体和/或副产物(如果存在),以及从分散体中至少除去有机溶剂。
所述方法可以提供纳米颗粒分散体,在该纳米颗粒分散体中固体含量(即裸的或包封的固体有机染料或颜料的浓度)大于3wt/wt%并且小于或等于20wt/wt%。在这种情况下,所述方法可能需要浓缩分散体。
纳米颗粒分散体的固体含量可以特别地在从5wt/wt%至20wt/wt%的范围内,例如,从5wt/wt%至15wt/wt%或大于10wt/wt%且小于20wt/wt%或15wt/wt%。
此外,纳米颗粒分散体可以具有在0.5wt/wt%和5.0wt/wt%之间,例如,在0.5wt/wt%和3.0wt/wt%之间的润湿剂的浓度。当存在时,分散体中分散剂的浓度可以在从0.5wt/wt%至5.0wt/wt%,例如从0.5wt/wt%至3.0wt/wt%的范围内。
在一种实施方案中,所述方法提供了色淀颜料的纳米颗粒的分散体。在该实施方案中,所述方法可以包括将固体有机化合物的第一反应物前体在有机溶剂或其他溶剂中的第一溶液或浆料与包含固体有机化合物的第二反应物前体的液体载体连续地混合。
特别地,其可以包括将有机溶剂中的有机染料与包含硫酸铝(Al2(SO3)2)和碳酸钠(Na2CO3)的溶液的液体载体连续地混合。
应注意,纳米颗粒具有的平均或中值直径(Dv50)将比通过其他方法制备的色淀染料的颗粒的平均或中值直径低若干个数量级。因此,本发明的方法可以使得能够实现色淀颜料中的染料负载量,其比通过其他方法可能的最大负载量(例如,20wt/wt%)显著更高,例如,高多达两倍或三倍(例如,在40wt/wt%和60wt/wt%之间)。
在第二方面中,本发明提供了一种用于获得固体有机染料或颜料的纳米颗粒的方法,该方法包括:
在逆流混合反应器或并行混合反应器中,将包含在有机溶剂或其他溶剂中的固体有机染料或颜料的反应物前体的至少一种溶液或浆料与液体载体连续地混合,由此获得反应物前体的反应和固体有机染料或颜料作为纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成;以及
从分散体中除去纳米颗粒。
可以从包含未反应的一种或更多种反应物前体和/或副产物的分散体中除去纳米颗粒。可选择地,可以从未反应的一种或更多种反应物前体和/或副产物已经从中被除去的分散体中除去纳米颗粒。
在第三方面中,本发明提供了根据本发明的第一方面获得或可获得的固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体。
在第四方面中,本发明提供了固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体,其中该纳米颗粒基本上由固体有机染料或颜料组成。
在第五方面中,本发明提供了固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体,其中该纳米颗粒基本上由至少部分地被润湿剂和/或分散剂包封的固体有机染料或颜料组成。
在一种实施方案中,分散体可以包含润湿剂和小于5wt/wt%的分散剂。
在任何情况下,分散体可以具有大于3wt/wt%且小于20wt/wt%的固体有机染料或颜料的固体含量。液体载体可以是水基载体。分散体在标准室温和压力可以是稳定的,持续超过六个月。分散体可以是单峰的(与通过碾磨获得的分散体相反)。分散体甚至可以包含不能被碾磨至低于500nm的颗粒直径的固体有机染料或颜料(诸如分散红55)。
在第六方面中,本发明提供了一种用于数字喷墨印刷的油墨浓缩物,该油墨浓缩物包含本发明的第四方面或第五方面的分散体。
在第八方面中,本发明提供了一种化妆品糊剂,该化妆品糊剂包含本发明的第四方面或第五方面的分散体。
从根据关于第一方面描述的实施方案中描述的那些,本发明的其他方面和实施方案将是明显的。
现在将参考以下实施例和附图来更详细地描述本发明,在附图中:
图1是在国际专利申请WO 2005/077505 A2中描述的逆流反应器的示意图,该逆流反应器适合于进行本发明的方法;
图2是概述根据本发明的方法的一种实施方案在图1的反应器中合成和分散颜料蓝15的方案;
图3示出了由分散体通过动态光散射(DLS)获得的图,该分散体通过以下来制备:(a)将根据本发明的方法的一种实施方案从反应器获得的颜料蓝15悬浮在去离子水中和(b)将商业上可获得的颜料蓝15悬浮在去离子水中;
图4示出了根据本发明的方法的一种实施方案从反应器获得的颜料蓝15和商业上可获得的颜料蓝15的FT-ATR红外光谱;以及
图5是根据本发明的方法的一种实施方案从反应器获得的颜料蓝15的粉末X射线衍射图。
现在参考图1,逆流混合反应器,通常被指定为10,包括第一入口11和出口12,其中第二入口13与第一入口11径向相对并且被设置在第一入口11中。第一入口11和第二入口13彼此同轴,并且第二入口12提供呈锥形漏斗15的形状的喷嘴14。
酞菁铜(II)(CuPC;颜料蓝15)的合成
一项概念验证研究考察了在如实验室规模的图1所示的逆流混合反应器中通过由反应物前体邻苯二甲腈和硝酸铜(II)水合物(参见图2)合成的酞菁铜(II)(颜料蓝15)的制备。
在一个实验中,在甲醇中的硝酸铜(II)水合物的溶液(0.03M)的向上流动和在含有甲醇钠(NaOMe;5wt%)的甲醇(MeOH)中的邻苯二甲腈的溶液的向下流动,以20ml/min的总(向上)流量以1:1的流量比使用正排量泵(positive displacement pump)被布置在反应器中。
在混合之前,将反应器加热至200℃的温度,并且在混合期间,使用背压调节器将反应器内的压力保持在17.2MPa。
离开反应器的酞菁铜(II)的深绿色至棕色分散体被收集并且离心以提供在黄色至绿色上清液中的深蓝色小球(pellet)。
将小球从上清液中移除,用水和四氢呋喃连续地洗涤。在烘箱中干燥之后,获得酞菁铜(II)(CuPC)的深蓝色粉末。
合成的酞菁铜(II)的分散体
通过在搅拌下向上文获得的粉末中添加包含分散剂(Disperbyk 190)的去离子水来制备酞菁铜(II)在水中的分散体。
由分散体制备样品,用于通过5.0微米过滤器过滤,通过动态光散射(DLS)光谱进行分析。
经过滤的样品在25℃在10mm比色皿中使用Malvern Instruments Nano ZS粒度分析仪进行分析,该粒度分析仪装有具有入射激光源(具有632.8nm波长的He-Ne激光器)在173°处的背散射检测器。
CONTIN算法用于对散射的光信号进行反卷积并且给出尺寸分布。分析假设纯水的连续相(粘度=0.8872cP;折射率=1.330)用于测量设置。纳米颗粒的z平均尺寸取自来自DLS仪器的原始累积量数据拟合。
图3示出了关于分散体获得的DLS光谱(a)和由以相同方式制备的商业上可获得的颜料蓝15(Sigma-Aldrich)的分散体的样品获得的DLS光谱(b)。
如可以看出的,分散体是单峰的,并且纳米颗粒的Z-平均(~中值)粒度分别是~265nm和~310nm。每个样品的DLS多分散性指数分别被确定为0.228和0.305。
在标准室温和压力稳定的这些分散体强有力地表明,当存在润湿剂和/或分散剂时,直接从反应器获得的酞菁铜(II)的分散体将是稳定的。
合成的酞菁铜(II)的红外光谱
使用配备了GRAMS/AI软件的Perkin Elmer 100FT-IR光谱仪,通过傅里叶变换衰减全反射(FT-ATR)红外光谱法获得来自反应器的粉末的红外光谱。使用金刚石晶体,并且在600cm-1至4000cm-1的波长范围的16次扫描中,在恒定的晶体压力下记录吸收。
图4中示出的光谱17与在类似条件下由商业上可获得的颜料蓝15(Sigma-Aldrich)获得的红外光谱16非常一致(特别是在从500cm-1至1700cm-1的区域内)。
合成的酞菁铜(II)的粉末XRD图
使用具有0.154nm波长、Cu源、40kV电压和40mA灯丝发射的Bruker AXS D8 X射线衍射仪(Coventry,UK)由粉末来获得粉末X射线衍射(XRD)图。2θ扫描范围是5°至90°,并且0.02°步长(step)用于1秒计时器。散射狭缝和接收狭缝分别被设置为0.2°和0.1°。数据是在室温在平板几何结构中从压入Macor陶瓷保持器(holder)中的粉末中测量的。使用Philips incl.衍射技术跟踪软件(Philips incl.Diffraction Technology Tracessoftware)进行数据分析。
图5示出了与酞菁铜(II)的α多晶型物的文库X射线衍射图19相比获得的X射线衍射图18。
如可以看出的,该衍射图与文库衍射图非常一致,表明从反应器获得的粉末主要是结晶的和α形式的。
衍射图中其他峰的存在表明β多晶型物(和无定形形式)也可能存在。因此,可以设想,控制纳米颗粒尺寸的参数的选择也可以提供对纳米颗粒的结晶形式的控制,并且特别是是否获得单一的多晶型物(α或β)。
这些研究清楚地指出了一种方法,该方法包括在逆流混合反应器中串联合成并沉淀颜料的纳米颗粒分散体。
分散体的尺寸和多分散性指数预期(基于在我们共同未决的国际专利申请PCT/GB2018/053411中描述的分散染料的沉淀研究)对诸如有机溶剂与液体载体的流量比的参数的选择以及有机溶剂和液体载体的选择敏感,并且受其控制。
因此,本发明提供了一种用于合成具有期望的纳米颗粒尺寸的有机颜料或有机染料的稳定分散体并且包封纳米颗粒的单一、连续的工艺。本发明还提供了一种用于合成具有期望的纳米颗粒尺寸的固体有机化合物的单一、连续的工艺。
所述工艺适合于大规模生产,并且是对环境负责的,因为它们避免了对大规模碾磨所必需的大量能量和溶剂的需求。
本发明还可以允许制备不能被有效地碾磨的有机染料或颜料(例如,分散红55)的纳米颗粒分散体或纳米颗粒。因此,本发明可以提供获得目前无法获得的固体有机染料或颜料的稳定分散体的途径。本发明还可以提供获得结晶有机染料或颜料的新多晶型物的途径。
应注意,本文中指定的纳米颗粒直径是提及根据ISO 22412:2017由DLS或分散体可以确定或计算的直径。本文指定的固体含量是提及根据ISO 3251:2008通过干燥可以确定的固体含量。
还应注意,本发明的纳米颗粒不被水包油乳液所包含或不依赖于水包油乳液,而是由固体有机染料或颜料所包含或者由被水溶性表面活性剂包封(至少部分地包封)的固体有机染料或颜料所包含。
还应注意,本发明的方法可以普遍适用于制备其他固体有机化合物的纳米颗粒分散体和纳米颗粒,所述其他固体有机化合物包括药物活性物质、药物添加剂、药物赋形剂、在有机发光二极管(OLED)中有用的有机金属掺杂剂或发射体以及在催化转化器中和在有机合成中有用的有机金属催化剂。

Claims (20)

1.一种用于制备固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体的方法,所述方法包括:
在逆流混合反应器或并行混合反应器中,将包含在有机溶剂或其他溶剂中的所述固体有机染料或颜料的反应物前体的至少一种溶液或浆料与所述液体载体连续地混合,由此获得所述反应物前体的反应和所述固体有机染料或颜料作为纳米颗粒在所述液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成;
任选地,当未反应的反应物前体和/或副产物存在时从所述分散体中除去未反应的反应物前体和/或副产物;以及
任选地,浓缩所述分散体。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述至少一种溶液或浆料和/或所述液体载体包含润湿剂和/或分散剂。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,还包括向所述分散体中添加润湿剂和/或分散剂。
4.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述方法提供在100nm至300nm之间,例如,在100nm和150nm之间的中值(Z)直径的纳米颗粒的分散体。
5.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述方法提供具有单峰多分散性的分散体。
6.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述方法提供大于所述分散体的5.0wt/wt%且小于所述分散体的15wt/wt%的所述固体有机染料或颜料的分散体的固体含量。
7.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述方法提供具有在0.1和3.0之间的动态光散射(DLS)多分散性指数的分散体。
8.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述方法包括通过在所述有机溶剂或其他溶剂或每种有机溶剂或其他溶剂、所述液体载体中选择以下来控制纳米颗粒尺寸和多分散性中的一种或更多种:所述溶液或浆料或每种溶液或浆料中和/或所述液体载体中反应物前体的浓度、所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和/或液体载体的温度和压力、所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和/或所述液体载体的停留时间、以及所述溶液或浆料或每种溶液或浆料和所述液体载体在所述反应器中的流量的比。
9.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述液体载体包括水。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述有机溶剂是以下中的一种或更多种:乙酸乙酯、乙醇、甲醇、二乙醚、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、乙二醇、丙二醇和异丙醇。
11.一种固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体,通过权利要求1至10中任一项所述的方法获得或可获得。
12.一种固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体,其中所述纳米颗粒基本上由所述固体有机染料或颜料组成。
13.一种固体有机染料或颜料的纳米颗粒在液体载体中的分散体,其中所述纳米颗粒基本上由所述固体有机染料或颜料和用于所述纳米颗粒的润湿剂组成。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的分散体,包含小于5wt/wt%的分散剂。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的分散体,具有大于3wt/wt%且小于20wt/wt%的纳米颗粒的固体含量。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的分散体,其具有单峰多分散性。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的分散体,其中所述纳米颗粒具有在100nm和300nm之间,例如,在100nm和150nm之间的中值(Z)直径。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的分散体,其中所述液体载体包括水。
19.一种用于数字喷墨印刷的油墨浓缩物,包含权利要求11至18中任一项所述的分散体。
20.一种化妆品糊剂,包含权利要求11至18中任一项所述的分散体。
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