JP5997471B2 - 無機微粒子分散用の溶液及び微粒子分散体 - Google Patents
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Description
[1]有機溶媒と、分散剤と、カチオン性脂肪族アミンとを含有する無機微粒子分散用の溶液であって、前記有機溶媒が、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート系の溶媒であり、前記分散剤が、下記一般式(1)で示される疎水性ユニットと、下記一般式(2)で示される親水性ユニットとを有する、金属濃度が50ppm以下のブロックポリマーであることを特徴とする無機微粒子分散用の溶液。
(前記一般式(1)中、R1は水素またはメチル基を示し、R2は炭素数1〜10のアルキル基、フェニル基、またはベンジル基を示し、lは疎水性ユニットの繰り返し単位数を示す。また、一般式(2)中、R1は水素またはメチル基を示し、R3は炭素数1〜4のアルキル基を示し、EOはオキシエチレンを示し、mは親水性ユニットの繰り返し単位数を示し、nは1〜4の整数を示す)
[2]前記疎水性ユニットを構成するモノマーが、n−ブチルメタクリレート及び/またはベンジルメタクリレートである前記[1]に記載の無機微粒子分散用の溶液。
[3]前記カチオン性脂肪族アミンが、酸または4級化剤で脂肪族アミンをカチオン化した化合物である前記[1]または[2]に記載の無機微粒子分散用の溶液。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかに記載の無機微粒子分散用の溶液と、無機微粒子とを含有することを特徴とする微粒子分散体。
[5]前記無機微粒子が、酸化物または硫化物である前記[4]に記載の微粒子分散体。
本発明の微粒子分散体は、有機溶媒中に無機微粒子を分散したものであり、有機溶媒と、無機微粒子と、この無機微粒子を有機溶媒中に分散させる分散剤と、カチオン性脂肪族アミンとを含有する。また、前記分散剤には、疎水性ユニットと、側鎖にオキシアルキレンを有する親水性ユニットとを含むブロックポリマーが使用される。
本発明の微粒子分散体に含有される有機溶媒(以下、「分散溶媒」とも記す)は、特に限定しないが、例えば、微粒子分散体を、蛍光層を形成する際のインクとして使用する場合には、バインダーの溶解性や基板への濡れ性、印刷特性(吐出性や印刷精度)が良好なものを選択するのが好ましい。このような有機溶媒としては、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート系の溶媒が挙げられ、具体例としては、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等を挙げることができる。なお、これらの有機溶媒は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の微粒子分散体に含有される無機微粒子は、酸化物または硫化物等の無機化合物であり、例えば、ディスプレイ用の蛍光物質として知られる赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、及びこれらの母材等を挙げることができる。
本発明の微粒子分散体には、有機溶媒中における無機微粒子の分散性を改善するとともに、長期にわたって良好な分散安定性が得られるように分散剤が含有される。使用する分散剤としては、疎水性ユニットと、側鎖にオキシアルキレンを有する親水性ユニットとを含むブロックポリマーが好ましく、具体的には、下記一般式(1)で示される疎水性ユニットと、下記一般式(2)で示される親水性ユニットを有するブロックポリマーが挙げられる。
分散剤として用いるブロックポリマーは、前述した疎水性ユニットを構成するモノマーと、親水性ユニットを構成するモノマーを重合することで得られる。重合方法としては、例えば、ラジカル重合法、アニオン重合法、原子移動ラジカル重合法(ATRP、リビングラジカル重合法の一種)、及び可逆的付加開裂連鎖移動重合法(RAFT)などがある。なかでも、リビングラジカル重合法は、分子鎖長(分子量)をより的確に揃えることができ、理想とする分子構造が得られるので好ましい。
重合の際には、従来公知の触媒を用いることができる。例えば、リビングラジカル重合法によってブロックポリマーを合成する場合には、Fe、Co、Ni、Cu等の遷移金属や、これらのハロゲン化物が触媒として使用できる。触媒の使用量は適宜設定され、特に限定されない。また、金属触媒を使用する場合には、後述する重合溶媒への溶解性や、触媒としての活性を向上させる目的で、配位子(リガンド)を併用することが好ましい。リガンドの具体例としては、下記式I−a〜IV−dで表される塩基性化合物及びそれらの誘導体を挙げることができ、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。リガンドの使用量は特に限定されないが、触媒量に対して1.0〜4.0倍当量とすることが好ましい。
リビングラジカル重合法によってブロックポリマーを合成する場合には、ハロゲン化アルキル等の従来より公知の重合開始剤を用いることができる。重合開始剤の具体例としては、1−クロロエチルベンゼン、ベンジルクロライド、2−クロロプロピオン酸メチル、およびこれらの臭素置換体、p−トルエンスルホニルクロライド、トリクロロメタン、テトラクロロメタン等を挙げることができる。重合開始剤の使用量は特に限定されないが、モノマーの仕込量や、得ようとするポリマーの分子量に合わせて調整すればよい。なお、リビングラジカル重合法で合成したポリマーは、重合開始剤に由来するハロゲンをポリマー分子の一方の末端または両末端に有するため、ポリマー自体を重合開始剤として用いることができる。
重合の際には、通常、重合溶媒を用いる。重合溶媒としては、モノマーや触媒の溶解性が高く、反応に悪影響を及ぼさず、未反応のモノマーや触媒を反応後に分離、除去しやすいものを選択すればよく、特に制限はない。
重合して得られたポリマーは、反応終了後、精製することが好ましい。精製方法としては、ろ過法、吸着法、再沈法、透析法、分液抽出法等を用いることができる。ホモポリマーを精製する場合には再沈法が好ましく、ブロックポリマーを精製する場合には、透析法と分液抽出法を併用することが好ましい。これらの精製法でポリマーを精製することで、未反応モノマー、金属触媒、及びリガンド等を効率的に除去することができる。特に、分液抽出法においては、アンモニア、水酸化テトラアルキルアンモニウム、トリアルキルアミン塩酸塩等の水溶性アミンを使用することで、残留する金属触媒をほぼ完全に除去することができる。具体的には、金属濃度が50ppm以下、好ましくは10ppm以下、さらに好ましくは実質的に金属が検出されないブロックポリマーを得ることができる。
ブロックポリマーを微粒子分散体に使用する場合には、重合及び精製の際に使用した溶媒を除去しておくことが好ましい。これにより、無機微粒子の分散性、必要に応じて用いられるバインダーの溶解性、蛍光層形成時の印刷特性を向上させることができる。また、不要な溶媒を除去したブロックポリマーは、分散溶媒に直接添加して使用してもよいが、分散溶媒に対するブロックポリマーの溶解性が低い場合には、溶媒交換を行うことが好ましい。溶媒交換とは、(i)ブロックポリマーを予め良溶媒に溶解した後、(ii)分散溶媒を加え、次いで、(iii)良溶媒を加熱留去して、良溶媒を分散溶媒へと置換することをいう。通常、良溶媒としては、分散溶媒に比して沸点が低いものを選択して用いる。
本発明の微粒子分散体に含有されるカチオン性脂肪族アミンは、第1級〜第3級の脂肪族アミンをカチオン化した化合物である。脂肪族アミンの具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン等の第1級アミン;ジメチルアミン、メチルエチルアミン、ジエチルアミン等の第2級アミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン等の第3級アミンを挙げることができる。これら脂肪族アミンのなかでも、カチオン化した化合物(カチオン性脂肪族アミン)の沸点が、ブロックポリマーの溶媒を交換する際の加熱温度(例えばテトラヒドロフラン(THF)等の良溶媒の沸点)よりも高いものを選択することが好ましい。
本発明の微粒子分散体は、例えば、分散剤としてのブロックポリマーとカチオン性脂肪族アミンを含有する有機溶媒(分散溶媒)に無機微粒子を添加した後、混合することによって製造することができる。なお、微粒子分散体には、バインダー、粘度調整剤、pH調整剤、光増感剤等の各種の添加剤を添加してもよい。
<ブロックポリマーA>
還流管、滴下ロート、温度計、及び撹拌装置を備え、窒素置換した4つ口フラスコに、ジメチルホルムアミド(溶媒)300部、塩化第一銅(重合触媒)1部、ペンタメチルジエチレントリアミン(リガンド)2部、1−クロロエチルベンゼン(開始剤)1部、及びn−ブチルメタクリレート(疎水性モノマー)85部を投入し、撹拌しながら系内を80℃に昇温した。GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー、商品名「HLC8220」、東ソー社製)を使用して分子量をモニタリングしながら重合を進め、所望の分子量に到達した時点で加熱を停止して冷却した後、反応液をメタノールに投入してn−ブチルメタクリレートのホモポリマーを析出させた(再沈法)。析出したホモポリマーをGPCで分析したところ、重量平均分子量(Mw)は8,800であった。また、重量平均分子量から算出したホモポリマーの繰返し単位数(l)は62であった。
ブロックポリマーA 50gをクロロホルム500gに溶解して分液ロートへ移し、これに28%アンモニア水溶液25gを加えて振とうした。静置後、分離したクロロホルム層を抽出し(分液抽出)、イオン交換水で十分に洗浄した。次いで、クロロホルムを留去してブロックポリマーA1を得た。得られたブロックポリマーA1をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、Cuの含有濃度は固形分換算で8ppmであった。
ブロックポリマーA 50gをクロロホルム500gに溶解して分液ロートへ移し、これに28%アンモニア水溶液250gを加えて振とうした。静置後、分離したクロロホルム層を抽出し(分液抽出)、イオン交換水で十分に洗浄した。次いで、クロロホルムを留去してブロックポリマーA2を得た。得られたブロックポリマーA2をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、Cuは検出されなかった。
28%アンモニア水溶液250gに代えて20%トリエチルアミン塩酸塩水溶液1400gを用いたこと、及び数回に分けて分液抽出を行ったこと以外は、前述のブロックポリマーA2の場合と同様の処理を行って、ブロックポリマーA3を得た。得られたブロックポリマーA3をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、Cuは検出されなかった。
28%アンモニア水溶液250gに代えて10%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液1850gを用いたこと、及び数回に分けて分液抽出を行ったこと以外は、前述のブロックポリマーA2の場合と同様の処理を行って、ブロックポリマーA4を得た。得られたブロックポリマーA4をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、Cuは検出されなかった。
疎水性ユニットの繰り返し単位数(l)と親水性ユニットの繰り返し単位数(m)を変更したこと以外は、前述のブロックポリマーAの場合と同様にして、ブロックポリマーB及びブロックポリマーCを得た。また、ブロックポリマーA2の場合と同様にして、それぞれ精製した。得られたブロックポリマーB及びブロックポリマーCの重量平均分子量(Mw)、各ユニットの繰返し単位数、及びCu含有量の測定結果を表1及び2に示す。
2−(2−メトキシエトキシ)エチルメタクリレートを2−エトキシエチルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、及びメタクリル酸にそれぞれ変更したこと以外は、前述のブロックポリマーAの場合と同様にして、ブロックポリマーD、ブロックポリマーE、及びブロックポリマーKを得た。また、ブロックポリマーA2の場合と同様にして、それぞれ精製した。得られたブロックポリマーD、ブロックポリマーE、及びブロックポリマーKの重量平均分子量(Mw)、各ユニットの繰返し単位数、及びCu含有量の測定結果を表1及び2に示す。
ブロックポリマーAの場合と同様にして、繰返し単位数(l)=62の疎水性ユニット(n−ブチルメタクリレート)と、繰返し単位数(m)=29の親水性ユニット(2−(2−メトキシエトキシ)エチルメタクリレート)とを有するブロックポリマーA5を得た。窒素置換した4つ口フラスコに、ジメチルホルムアミド(溶媒)300部、塩化第一銅(重合触媒)1部、ペンタメチルジエチレントリアミン(リガンド)2部、上記のブロックポリマーA5(開始剤)1部、及び2−メトキシエチルメタクリレート(親水性モノマー)75部を投入し、撹拌しながら系内を120℃に昇温した。GPCでモニタリングしながら重合を進め、親水性ユニットの分子量が所望の値に達したところで加熱を停止した。次いで、ブロックポリマーAの場合と同様にして透析を行った後、ブロックポリマーA2の場合と同様にして精製してブロックポリマーFを得た。得られたブロックポリマーFの重量平均分子量(Mw)、各ユニットの繰返し単位数、及びCu含有量の測定結果を表1及び2に示す。
n−ブチルメタクリレートに代えて、ベンジルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、及びビニルトルエンをそれぞれ用いた以外は、前述のブロックポリマーAの場合と同様にしてブロックポリマーG、ブロックポリマーH、及びブロックポリマーIを得た。また、ブロックポリマーA2の場合と同様にして、それぞれ精製した。得られたブロックポリマーG、ブロックポリマーH、及びブロックポリマーIの重量平均分子量(Mw)、各ユニットの繰返し単位数、及びCu含有量の測定結果を表1及び2に示す。
還流管、滴下ロート、温度計、及び撹拌装置を備え、窒素置換した4つ口フラスコに、ジメチルホルムアミド(溶媒)300部、α,α’‐アゾビスイソブチロニトリル(開始剤)1部、n−ブチルメタクリレート(疎水性モノマー)100部、及び2−(2−メトキシエトキシ)エチルメタクリレート(親水性モノマー)100部を投入し、80℃で2時間撹拌した。反応液をメタノールに投入して、ランダムポリマーJを析出させた(再沈法)。得られたランダムポリマーJの重量平均分子量(Mw)、及びCu含有量の測定結果を表1及び2に示す。また、ランダムポリマーJの疎水性ユニットと親水性ユニットのそれぞれの含有比率を、NMR(核磁気共鳴装置、商品名「ECA400」、日本電子社製)を用いて求めたところ、疎水性ユニット:親水性ユニットは60:53であった。
・nBMA:n−ブチルメタクリレート
・tBMA:tert−ブチルメタクリレート
・BzMA:ベンジルメタクリレート
・VT:ビニルトルエン
・MEEMA:2−(2−メトキシエトキシ)エチルメタクリレート
・EEMA:2−エトキシエチルメタクリレート
・MEMA:2−メトキシエチルメタクリレート
・MA:メタクリル酸
・N.D.:検出限界以下
<実施例1>
ブロックポリマーA1 10gを良溶媒であるテトラヒドロフラン50gに溶解し、これにジエチルアミン(脂肪族アミン)0.0023g、ジエチル硫酸(4級化剤)0.0049g、及びジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(BCA)(分散溶媒)80gを加えた。1時間撹拌した後、テトラヒドロフランのみを留去してポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液に、無機微粒子としてナノサイズのY2O3粒子(25〜30nm、Aldrich社製)10gを加え、1時間撹拌して微粒子濃度10%の微粒子分散体(実施例1)を得た。
表3に示すように、ジエチルアミン0.0023gに代えてトリエチルアミン0.0032gを用いたこと以外は、前述の実施例1と同様にして微粒子分散体(実施例2)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてブロックポリマーA2を用いたこと、及びジエチルアミン0.0023gに代えてトリエチルアミン0.0032gを用いたこと以外は、前述の実施例1と同様にして微粒子分散体(実施例3)を得た。
表3に示すように、無機微粒子としてY2O3:Eu3+(38nm)、Zn2SiO4(23nm)、及びZnS(15nm)をそれぞれ用いたこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例4〜6)を調製した。なお、Y2O3:Eu3+は、特表2001−513828号公報の記載を参照して調製した。また、Zn2SiO4は、特開2006−028354号公報の記載を参照して調製した。さらに、ZnSは、特開2005−105155号公報の記載を参照して調製した。
表3に示すように、ブロックポリマーA2に代えてブロックポリマーBを用いたこと、トリエチルアミンの量を0.008gとしたこと、及びジエチル硫酸0.049gに代えてジメチル硫酸0.0099gを用いたこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例7)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA2に代えてブロックポリマーC〜Gをそれぞれ用いたこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例8〜12)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA2に代えてブロックポリマーA3及びA4をそれぞれ用いたこと、及びトリエチルアミンとジエチル硫酸を用いなかったこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例13及び14)を得た。
表3に示すように、ジエチル硫酸を用いなかったこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例15)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA2に代えてブロックポリマーH及びIをそれぞれ用いたこと以外は、前述の実施例3と同様にして微粒子分散体(実施例16及び17)を得た。
表3に示すように、ジエチルアミンとジエチル硫酸を用いないこと以外は、前述の実施例1と同様にしてポリマー溶液を調製しようとしたところ、テトラヒドロフランを留去する際にブロックポリマーA1が析出した。このため、後述の評価2及び3については実施せず、評価1のみを実施した。
表3に示すように、トリエチルアミンとジエチル硫酸を用いないこと以外は、前述の実施例3と同様にしてポリマー溶液を調製しようとしたところ、テトラヒドロフランを留去する際にブロックポリマーA2が析出した。このため、後述の評価2及び3については実施せず、評価1のみを実施した。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてランダムポリマーJを用いたこと、及びジエチルアミンとジエチル硫酸を用いなかったこと以外は、前述の実施例1と同様にして微粒子分散体(比較例3)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてランダムポリマーJを用いたこと以外は、前述の実施例2と同様にして微粒子分散体(比較例4)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてブロックポリマーKを用いたこと、及びジエチルアミンとジエチル硫酸を用いなかったこと以外は、前述の実施例1と同様にして微粒子分散体(比較例5)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてブロックポリマーKを用いたこと以外は、前述の実施例2と同様にして微粒子分散体(比較例6)を得た。
表3に示すように、ブロックポリマーA1に代えてブロックポリマーAを用いたこと、及びジエチルアミンとジエチル硫酸を用いなかったこと以外は、前述の実施例1と同様にして微粒子分散体(参考例1)を得た。
[評価1:ポリマーの熱分解性]
ポリマー単体の熱重量変化をTG(熱重量分析装置、商品名「EXSTAR6000」、SII社製、昇温速度:10℃/分)を用いて測定し、450℃における残渣から、ポリマーの熱分解性を以下に示す基準に従って評価した。評価結果を表4に示す。
○:残渣が存在しない(検出限界以下)
△:残渣が0.1〜10.0%存在する
×:残渣が10.0%超存在する
テトラヒドロフラン(良溶媒)からジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(分散溶媒)へ溶媒交換した後の状態を目視観察し、分散溶媒へのポリマーの溶解性を以下に示す基準に従って評価した。評価結果を表4に示す。
○:ポリマーが溶解している
△:僅かに不溶物がある
×:ポリマーが溶解せず、分離している
調製後24時間静置した微粒子分散体の状態を目視観察し、微粒子分散体の分散安定性を以下に示す基準に従って評価した。評価結果を表4に示す。
○:沈降物がない
△:僅かに沈降物がある
×:沈降物が多く、分散体は透明層と白濁層とに分離している
Claims (5)
- 有機溶媒と、分散剤と、カチオン性脂肪族アミンとを含有する無機微粒子分散用の溶液であって、
前記有機溶媒が、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート系の溶媒であり、
前記分散剤が、下記一般式(1)で示される疎水性ユニットと、下記一般式(2)で示される親水性ユニットとを有する、金属濃度が50ppm以下のブロックポリマーであることを特徴とする無機微粒子分散用の溶液。
(前記一般式(1)中、R1は水素またはメチル基を示し、R2は炭素数1〜10のアルキル基、フェニル基、またはベンジル基を示し、lは疎水性ユニットの繰り返し単位数を示す。また、一般式(2)中、R1は水素またはメチル基を示し、R3は炭素数1〜4のアルキル基を示し、EOはオキシエチレンを示し、mは親水性ユニットの繰り返し単位数を示し、nは1〜4の整数を示す) - 前記疎水性ユニットを構成するモノマーが、n−ブチルメタクリレート及び/またはベンジルメタクリレートである請求項1に記載の無機微粒子分散用の溶液。
- 前記カチオン性脂肪族アミンが、酸または4級化剤で脂肪族アミンをカチオン化した化合物である請求項1または2に記載の無機微粒子分散用の溶液。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の無機微粒子分散用の溶液と、無機微粒子とを含有することを特徴とする微粒子分散体。
- 前記無機微粒子が、酸化物または硫化物である請求項4に記載の微粒子分散体。
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