JP7129170B2 - 改善された量子ドット樹脂配合物を作製する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、量子ドット、好ましくはカドミウムフリーの量子ドットを含有し、初期量子収率パフォーマンスの改善をもたらす重合性モノマー組成物を作製する方法に関し、さらにこの組成物を用いて作製される組成物及びポリマー複合体にも関する。
半導体の量子ドット（ＱＤ）は光吸収及び光放出（フォトルミネッセンスＰＬまたはエレクトロルミネッセンスＥＬ）挙動をもたらし、これらの挙動により多くのディスプレイ及び照明用途で量子ドットの使用が可能になる。多くのＱＤは、電子及び正孔の対をコア領域内に拘束し、任意の表面電荷状態を防ぐために、バンドギャップの大きい材料でできている。そして、外部シェルまたはＱＤ自らが、有機リガンドにキャッピングされてシェルのトラップ状態を低減することで、量子収率（ＱＹ）の低減につながり得る。ＱＤを囲む典型的な有機リガンドは、ＱＤが有機／水性溶液中に分散し、非極性溶媒またはモノマー中の高い可溶性をもたらす比較的長いアルキル鎖を有する助けをする。残念ながら、ＱＤは、光吸収及び／または光変換プロセス中の光酸化に対する感受性が高い。また、水分も同様な影響を有し得る。典型的には、ＱＤは、水及び酸素の悪影響から保護するため、ポリマーマトリックス中にカプセル化されている。しかし、ＱＤが溶媒溶液からモノマー配合物、次に重合に移行してフィルムなどのＱＤポリマー複合体を形成する際に、明らかなＱＹの損失が依然として存在する。
Ｌｅｏｎｇに対する米国特許出願第ＵＳ２００９／０１４６２０２Ａ１号は、制御層、活性層、及びこれら２つの間の、有機誘電コポリマー材料の表面または内側にあるナノ粒子の電荷貯蔵層を備えた有機メモリデバイスであって、ポリマーが溶媒抽出によって処理されてイオン性不純物を除去しポリマー溶液を形成する、有機メモリデバイスを開示している。ナノ粒子は、誘電コポリマーをコーティングすることができ、またはコポリマー層の一部になることができる。ポリマー溶液及びナノ粒子が共に使用される場合、ナノ粒子またはＱＤはその場で溶液中に形成される。ナノ粒子を含有するポリマー溶液からイオン性不純物を抽出しようとしても、Ｌｅｏｎｇは塩または水溶性イオンの除去のみを開示しており、このためポリマーの有機溶媒溶液がもたらされることになる。このような方法は、ＱＤ及び重合性モノマー組成物を含有する配合物のパフォーマンスを改善しないと考えられる。
発明者らは、初期量子収率パフォーマンスが改善されたＱＤ及びそのフィルムを含有する重合性モノマー組成物の作製方法を提供する努力をしてきた。
本発明は、重合性モノマー組成物であって、（ａ）量子ドットと、（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマー、及び（ｉｉ）エステルが脂環式基、または脂肪アルキル基などのＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーの（ｂ）モノマー混合物と、を含み、組成物が、カール・フィッシャー滴定により決定される、１５０ｐｐｍ以下、または好ましくは６０ｐｐｍ以下、例えば５～６０ｐｐｍのＨ２Ｏを含み、かつ参考文献（Ｊ． Ｐｏｌｙｍ． Ｓｃｉ． Ａ： Ｐｏｌｙｍ． Ｃｈｅｍ． ２００４， ｖｏｌｕｍｅ （４２）， ｐａｇｅｓ １２８５－１２９２）に記載される光化学の方法により決定される、７５ｐｐｍ以下、または好ましくは６０ｐｐｍ以下の全溶存酸素を含み、かつ５０ｐｐｍ以下、または好ましくは２５ｐｐｍ以下、例えば１～２５ｐｐｍの、ヒドロキノンなどの全重合阻害化合物、ならびに１５０ｐｐｍ以下、または好ましくは１００ｐｐｍ以下、例えば１０～１００ｐｐｍの、ラジカル開始剤及び光開始剤などの有機ラジカル活性分子を含む、重合性モノマー組成物を提供する。
本発明の重合性モノマー組成物によれば、（ａ）量子ドットは、好ましくはカドミウムフリー量子ドット、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓまたはこれらの混合物であり、より好ましくは、（ａ）量子ドットは、シェルの材料がコアの材料よりもバンドギャップが広く、かつコアの材料に対する格子不整合が小さいコアシェル構造を有するコアシェルカドミウムフリー量子ドット、例えばＩＩＩ－Ｖナノ粒子コア及びＩＩ－ＶＩナノ粒子シェルを有するもの、であり、さらにより好ましくは、（ａ）量子ドットは、インジウムを含有するＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、またはＩｎＡｓコア、及び亜鉛を含有するＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、またはＨｇＴｅシェルを有する、カドミウムフリー量子ドットである。
本発明の重合性モノマー組成物によれば、モノマー混合物（ｂ）は、（ｉ）ジビニルベンゼン、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、イソボルニルジメタクリレート、またはこれらの混合物と、（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、を含む。
本発明の重合性モノマー組成物によれば、モノマー混合物（ｂ）は、（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｂ）（ｉｉ）イソボルニルアクリレート（ＩＢＯＡ）と、を含む。
本発明の重合性モノマー組成物によれば、当該組成物は、（ａ）０．００１～５重量％、好ましくは０．０１～５重量％、より好ましくは０．１～５重量％の量子ドットと、（ｂ）０．５～４０重量％、好ましくは０．５～１０重量％の（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、５５～９５重量％または５５～９４．９９９重量％または５５～９４．９９重量％または５５～９４．９重量％、好ましくは６５～９２重量％の（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、を含む（全ての重量％は当該組成物の全固形分に基づく）。
第２の態様では、本発明は、重合性モノマー組成物を作製する方法であって、（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｉｉ）エステルが脂環式基、または脂肪アルキル基などのＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーとの（ｂ）モノマー混合物を、以下のいずれか１つ以上の方法：モノマー混合物を、表面積が例えば１００～３００ｍ２／ｇ、例えば１３０～１８０ｍ２／ｇ、例えば１５５ｍ２／ｇの活性多孔質アルミナまたはシリカのカラム中で処理すること；モノマー混合物を、真空中でシーブ乾燥し、次に、重量平均孔径（ｗｅｉｇｈｔ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅｓ）が２～２０オングストローム、好ましくは２．５～１０オングストロームのゼオライトなどの乾燥モレキュラーシーブで乾燥すること；器（ｖｅｓｓｅｌ）または容器（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）中のモノマー混合物を－７５℃以下の温度に冷凍し、次にモノマー混合物を、例えば１０２～１×１０－２Ｐａの真空の適用により脱気し、真空下で器または容器を密閉し、そして当該組成物を室温に解凍することにより凍結脱気（ＦＰＴ：ｆｒｅｅｚｅ－ｐｕｍｐ－ｔｈａｗ）処理することであって、好ましくは解凍時に気泡が認識できなくなるまでＦＰＴを繰り返す、凍結脱気処理すること；
により精製するステップと、
精製したモノマー混合物（ｂ）を、乾燥した不活性な（例えば、窒素）ガス中で保管するステップと、
不活性雰囲気下、例えば窒素下で、得られたモノマー混合物（ｂ）を、乾燥形態または有機溶媒溶液、好ましくは乾燥形態または次に乾燥を行う量子ドットの組成物（ａ）と合わせて、重合性モノマー組成物であって、１５０ｐｐｍ以下、好ましくは６０ｐｐｍ、例えば５～６０ｐｐｍのＨ２Ｏを含み、かつ参考文献（Ｊ． Ｐｏｌｙｍ． Ｓｃｉ． Ａ： Ｐｏｌｙｍ． Ｃｈｅｍ． ２００４， ｖｏｌｕｍｅ ４２， ｐａｇｅｓ １２８５－１２９２）に記載される光化学の方法により決定される、７５ｐｐｍ以下、好ましくは６０ｐｐｍ以下の全溶存酸素を含み、かつ５０ｐｐｍ以下、好ましくは２５ｐｐｍ以下、例えば１～２５ｐｐｍの、例えば、モノメチルエーテルヒドロキノン（ＭＥＨＱ）、ヒドロキノンなどのキノン、及び４－ヒドロキシ－２，２，６，６－テトラメチルピペリジノオキシル（４－ＨＴ）などのＮ－オキシル化合物、などの全重合阻害化合物、ならびに１５０ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、例えば１０～１００ｐｐｍの、ラジカル開始剤及び光開始剤などの有機ラジカル活性分子を含む、重合性モノマー組成物を作製するステップと、
を含む方法が提供される。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）を精製するステップは、好ましくは、凍結脱気（ＦＰＴ）処理し、次に、得られた処理済みモノマー混合物を乾燥モレキュラーシーブで乾燥することを含む。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）を精製するステップは、モノマー混合物を１０２～１０－２Ｐａの真空下で１時間脱気することと、次に、１０２～１×１０－２Ｐａの真空中で２～１６時間、６０～１２０℃における熱処理により乾燥し、次に使い捨てポリプロピレンカラムなどのカラム中にパックされた活性多孔質アルミナまたはシリカのカラム中で、モノマー混合物を処理することと、を含む。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）を精製するステップは、モノマー混合物を１０２～１０－２Ｐａの真空下で脱気することと、次に、７５～２００℃、例えば１２０～２００℃の温度で４～２４時間の間脱水し、かつ窒素ガスなどの不活性雰囲気中で保管されたモレキュラーシーブへの曝露、好ましくはモレキュラーシーブとの混合により、モノマー混合物を乾燥することと、を含む。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）及び量子ドットの組成物（ａ）を合わせるステップにおいて、合わせるステップの前に（ａ）量子ドットを真空下で乾燥して任意の有機溶媒を除去するか、または重合性モノマー組成物を（ａ）量子ドットと共に真空下で乾燥して任意の有機溶媒を除去する。
モノマー混合物（ｂ）及び量子ドットの組成物（ａ）を合わせるステップにおける本発明の方法によれば、量子ドットは、好ましくはカドミウムフリー量子ドット、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓまたはこれらの混合物を含み、より好ましくは、量子ドットの組成物（ａ）は、シェルの材料がコアの材料よりもバンドギャップが広く、かつコアの材料に対する格子不整合が小さいコアシェル構造を有するコアシェルカドミウムフリー量子ドット、例えば、ＩＩＩ－Ｖナノ粒子コア及びＩＩ－ＶＩナノ粒子シェル、を含み、さらにより好ましくは、量子ドットはインジウム含有コアを有するカドミウムフリー量子ドットを含み、さらにより好ましくは、（ａ）量子ドットは、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、またはＩｎＡｓコア、及び亜鉛を含有するＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、またはＨｇＴｅシェルを有する、カドミウムフリー量子ドットである。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）は、（ｉ）ジビニルベンゼン、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、イソボルニルジメタクリレート、またはこれらの混合物と、（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、を含む。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）は、（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｂ）（ｉｉ）イソボルニルアクリレート（ＩＢＯＡ）と、を含む。
本発明の方法によれば、モノマー混合物（ｂ）は、固体として、０．５～４０重量部、好ましくは０．５～１０重量部の（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、５５～９５重量部、好ましくは６５～９２重量％の（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーとを含む。
本発明の方法によれば、当該方法は、重合性モノマー組成物を重合してフィルムなどのポリマー複合体を形成するステップをさらに含む。
第３の態様では、本発明は、（ａ）量子ドットと、（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマー、好ましくは、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、イソボルニルジメタクリレート、ジビニルベンゼン、またはこれらの混合物と、（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、の重合性モノマー組成物から形成させるポリマーを含む、ポリマー複合体を提供する。
本発明のポリマー複合体によれば、（ａ）量子ドットは、カドミウムフリー量子ドット、好ましくはコアシェル量子ドットである。
本発明のポリマー複合体によれば、当該複合体はフィルムである。
本発明のポリマー複合体によれば、当該ポリマー複合体は、ポリマー複合体の各側面に外部層も含む多層フィルム、積層体、またはアセンブリの一部を含む。好ましくは、この外部層は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの酸素バリアであり、水分の通過も阻害する。
別段の明記がない限り、パーセンテージは重量パーセンテージ（重量％（ｗｔ．％））であり、温度は℃で表される。
別段の明記がない限り、操作及び実施例は室温（２０～２５℃）で実施した。
別段の明記がない限り、沸点は大気圧（約１０１ｋＰａ）において測定されている。
別段の指示がない限り、括弧を含む任意の用語は、二者択一的に、丸括弧がない場合の用語、及び丸括弧内を含まない用語、ならびに各選択の組み合わせを指す。したがって、「（メタ）アクリレート」という用語は、アクリレート、メタクリレート、またはこれらの混合物を意味する。
全ての範囲は両端値を含み、組み合わせ可能である。例えば、「５０～３０００ｃＰｓ、または１００ｃＰｓ以上」という用語には、５０～１００ｃＰｓ、５０～３０００ｃＰｓ、及び１００～３０００ｃＰｓのそれぞれが含まれることになる。
本明細書で使用される「ＡＳＴＭ」という用語は、ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ， ＰＡの刊行物を指す。
本明細書で使用される「平均孔径」という用語は、ＢＥＴ表面積法により決定され、製造業者の文書により提供される指示材料の孔径を指す。
本明細書で使用される「バンドギャップ」という用語は、所与の量子ドットまたはその層において、紫外光電子分光法（ＵＰＳ）により測定される、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）と最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）との間のエネルギーギャップを指す。
本明細書で使用される「固体」という用語は、本発明の方法では揮発しないため、結果的に本発明のポリマー複合体となる任意の材料を指す。アンモニア、水、及び揮発性有機溶媒（ＶＯＣ）は、固体とはみなされない。本発明によれば、ポリマー複合体のフォトルミネッセンス量子収率（ＰＬＱＹ）は、量子ドット（ＱＤ）含有組成物を精製したアクリルまたはビニルモノマーのモノマー混合物中に分散させたところ、改善された。本発明では、水、酸素、ラジカル開始剤、光開始剤、及び重合阻害剤などのほとんどの不純物を、ポリマー複合体の作製に使用する重合性モノマー組成物から除去した。発明者らは、ＱＤのモノマー混合物への移行及び後続のＱＤ含有モノマー混合配合物の重合の間にこれらの不純物が存在すると、ＰＬＱＹに悪影響が及ぶことになることを見いだした。他の不純物、例えばいくつかの溶解イオン種、酸、アルコール、ケトン、及びアルデヒドなどは、光を吸収する可能性があり、またはこれらもＱＤ合成中及びＱＤの長期的運用において、ＱＤのＰＬＱＹに有害である。配合中に不純物を除去することにより、当該ＱＤを含有するポリマー複合体またはフィルムにおける、より高い初期パフォーマンスまたはタイムゼロパフォーマンスが達成された。
量子ドットは当技術分野において周知であり、例えば、Ｄｕｂｒｏｗ他に対する米国特許公開第ＵＳ２０１２／０１１３６７２Ａ号を参照されたい。好ましくは、本発明のポリマー複合体における量子ドットはカドミウムフリー量子ドットであり、より好ましくはカドミウムフリーコアシェル量子ドットである。
好適な量子ドット及びコアシェル量子ドットとしては、以下のうちのいずれかで開示されているもののいずれかを挙げることができる：Ｍｕｓｈｔａｑ他に対する米国特許第７，５８８，８２８Ｂ２号で開示されているもの、例えば、インジウムリッチなＩｎＰコアを含有する量子ドット、例えばＩｎＰをカルボン酸インジウム（すなわち、カルボン酸インジウム（ＩＩＩ））に接触させることにより形成されるもの、例えばラウリン酸インジウム；Ｇｕｏ他に対する米国特許公開第２０１５／０２３６１９５Ａ１号で開示されているもの；Ｍｉｎｇｊｕｎ他に対する米国特許公開第２０１５／０１６６３４２Ａ１号で開示されているもの；ＩＩＩ～ＩＶ族半導体ナノ構造、例えば、Ｓｃｈｅｒ他に対する米国特許第７，５５７，０２８Ｂ１号、Ｓｃｈｅｒ他に対する米国特許第８，０６２，９６７Ｂ１号、Ｓｃｈｅｒ他に対する米国特許第ＵＳ８，８８４，２７３Ｂ１号、またはＳｃｈｅｒ他に対する米国特許第ＵＳ９，４６９，５３８Ｂ１号におけるもの；ＩＩＩＡ族及びＶＡ族元素を含むコアを有するナノクリスタル、例えばＣｌｏｕｇｈ他に対する米国特許第９，１３６，４２８Ｂ２号におけるもの；Ｂｒｅｅｎ他に対する米国特許第ＵＳ９，２１２，０５６Ｂ２号で開示されているナノ粒子；またはＢａｗｅｎｄｉ他に対する第ＵＳ６，３２２，９０１Ｂ１号で開示されているナノ結晶材料。
カドミウムフリー量子ドット材料について許容される効率（ＰＬＱＹ）は、４０％超、好ましくは６０％超、より好ましくは７５％以上、例えば７５～９５％である。
好ましくは、（ｂ）モノマー混合物における重合性ビニル基は、（メタ）アクリレートエステル基（ＣＨ２＝Ｃ（Ｒ）Ｃ（Ｏ）Ｏ－（式中、ＲはＨまたはＣＨ３である）であり、これは（メタ）アクリロイルオキシとしても知られる。
好ましくは、（ｂ）モノマー混合物におけるモノマーは炭素、水素、酸素、及び窒素原子のみを有し、より好ましくは炭素、水素、及び酸素原子のみを有する。
（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーにおいて、当該芳香族環は、例えばベンゼン、ナフタレン、またはピリジン環とすることができ、好ましくは、当該芳香族環は、３～２０個の炭素原子、好ましくは５～１５個の炭素原子を有する。好ましくは、当該芳香族環は、ヘテロ原子を含有せず、かつ６～１５個の炭素原子、好ましくは６～１２個の炭素原子を有する。
好ましくは、（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーは、２～６つの重合性ビニル基、より好ましくは４つ以下の重合性ビニル基を有する。
特に好ましい（ｂ）（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基を有するモノマーとしては、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカンジメタノールジアクリレート、ビスフェノールＡジメタクリレート、２－ブチル－２－エチル－１，３－プロパンジオールジメタクリレート、１，１０－ビス（アクリロイルオキシ）デカン、及び
Figure 0007129170000001
が挙げられる。
本発明の方法によるポリマー複合体は、（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーの重合単位をさらに含む。好ましくは、このようなモノマー（ｂ）（ｉｉ）は、脂肪族または脂環式モノマー、例えばイソボルニルアクリレート（ＩＢＯＡ）である。
特に好ましい（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有するモノマーとしては、イソボルニルアクリレート、３，５，５－トリメチルヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、デシルアクリレート、トリデシルアクリレート、イソデシルアクリレート、Ｌ－メンチルアクリレート、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デシルメチルアクリレート、３，３，５－トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、及び３，３，５－トリメチルシクロヘキシルメタクリレートが挙げられる。
本発明によるポリマー複合体は、ポリマー複合体の各側面に外部層も含む多層フィルム、積層体、またはアセンブリの一部である。好ましくは、当該外部層は、水分の通過も阻害する酸素バリアである。好ましくは、当該外部層はポリマー複合体を含み、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアリールエーテルケトン、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、またはこれらの組み合わせを含むポリマー複合体である。好ましくは、当該外部層は、酸化物または窒化物、好ましくは、酸化シリコン、二酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、またはこれらの組み合わせをさらに含む。好ましくは、この酸化物または窒化物は、ＱＤ層に面したポリマー複合体の表面にコーティングされている。好ましくは、各外部層は、厚さが２５～１５０ミクロン（好ましくは５０～１００ミクロン）のポリマー複合体及び厚さが１０～１００ｎｍ（好ましくは３０～７０ｎｍ）の酸化物／窒化物層を含む。
本発明のポリマー複合体によれば、多層フィルム、積層体、またはアセンブリの外部層は、好ましくは、少なくとも２層のポリマー複合体層及び／または少なくとも２層の酸化物／窒化物層を含む。本発明の任意の多層フィルムにおいて、異なる層は異なる組成物でできていてもよい。好ましくは、当該外部層は、非常に低い酸素透過率（ＯＴＲ、＜１０－１ｃｃ／ｍ２／日）及び低い水蒸気透過率（ＷＶＴＲ、＜１０－２ｇ／ｍ２／日）を有する。
好ましくは、外部層におけるポリマー複合体のＴｇは６０～２００℃、より好ましくは少なくとも９０℃、最も好ましくは少なくとも１００℃である。
好ましくは、本発明によるポリマー複合体の厚さは、２０～５００ミクロンの範囲であり、好ましくは少なくとも５０ミクロン、好ましくは少なくとも７０ミクロン、好ましくは少なくとも８０ミクロン、好ましくは少なくとも９０ミクロン；好ましくは４００ミクロン以下、好ましくは３００ミクロン以下、好ましくは２５０ミクロン以下、好ましくは２００ミクロン以下、好ましくは１６０ミクロン以下である。好ましくは、各 外部層の厚さは、２０～１００ミクロン、好ましくは２５～７５ミクロンである。
好ましくは、本発明のポリマー複合体は、（ｂ）モノマー混合物を１つ以上のＱＤの組成物（ａ）及び任意選択の添加物と混合することにより調製される配合物をフリーラジカル重合することにより、調製される。好ましくは、当該配合物は第１の外部層にコーティングしてから典型的な方法、例えばスピンコーティング、スロットダイコーティング、グラビア、インクジェット、及びスプレーコーティングによって硬化させる。好ましくは、硬化は、当該配合物を、紫外光または熱、好ましくは紫外光に、好ましくはＵＶＡ範囲の紫外光に曝露することにより開始する。
好ましくは、本発明のポリマー複合体は、固体として、０．０１～５重量％の量子ドットを含み、好ましくは少なくとも０．０２５重量％、好ましくは少なくとも０．０３重量％；好ましくは４重量％以下、好ましくは３重量％以下、好ましくは２重量％以下の量子ドットを含む。
好ましくは、当該量子ドットは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはこれらの組み合わせを含む。より好ましくは、当該量子ドットはカドミウムフリーである。最も好ましくは、当該量子ドットはコアシェル量子ドット、例えばコアシェルカドミウムフリー量子ドットである。
好ましくは、（ａ）量子ドットの組成物は、量子ドットの無機部分の周囲に非極性構成成分を有するリガンドを含む。好ましいリガンドとしては、例えば、トリオクチルホスフィンオキシド、ドデカンチオール、及び脂肪酸塩（例えば、ステアリン酸塩、オレイン酸塩）が挙げられる。
本発明の重合性モノマー組成物またはポリマー複合体に組み込むことができる他の添加物としては、紫外線（ＵＶ）安定剤、酸化防止剤、光抽出を改善するための散乱剤、及び粘性を増加させるための増粘剤（例えば、ウレタンアクリレートオリゴマー）が挙げられる。好ましくは、当該重合性モノマー組成物における任意のＵＶ安定剤は、わずか最大１００ｐｐｍ、好ましくは最大５０ｐｐｍの量で使用する。
好ましい増粘剤としては、ウレタンアクリレート、セルロースエーテル、アクリル酸エステル、ポリスチレンポリマー、ポリスチレンブロックコポリマー、アクリル樹脂、及びポリオレフィンエラストマーが挙げられる。好ましくは、ポリスチレン、アクリル及びポリオレフィン増粘剤のＭｗは、５０，０００～４００，０００、好ましくは１００，０００～２００，０００の範囲である。好ましくは、セルロースエーテルのＭｗは１，０００～１００，０００の範囲である。
ウレタンアクリレートオリゴマーは、自らが含有するアクリレート基間にポリエステル、ポリエーテル、ポリブタジエン、またはポリカプロラクトンの骨格を有し得る。これらは、２官能、３官能、６官能の反応性を有し得る。このようなオリゴマーの粘性は、５０Ｃにおいて１０００～２００，０００ｃＰｓを範囲とすることができる。非極性リガンドＱＤに関しては、ポリブタジエンウレタンアクリレートオリゴマーが好ましい。
当該ポリマー複合体の好ましい形態としては、例えば、複合体、ビーズ、ストリップ、ロッド、キューブ、及びプレートが挙げられる。当該ポリマー複合体は、例えば、ディスプレイ、照明、及び医療用途を含めた多くの用途において有用である。好ましいディスプレイ用途としては、公共用電光掲示板、信号、テレビ、モニター、携帯電話、タブレット、ラップトップ、自動車その他用ダッシュボード、及び時計が挙げられる。
以下の実施例は、本発明を例示するものである。別段の指示がない限り、全ての温度の単位は室温であり、全ての圧力の単位は標準圧力または１０１ｋＰａである。
以下の試験方法を使用した。
硬化フィルムをマイクロメーターで測定し、次に任意のバリアフィルムの厚さを減算することにより、フィルム厚さを決定した。
フォトルミネッセンス量子収率（ＰＬＱＹ）
液体及びフィルムを共に取り扱う上で、Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ－ＱＹ絶対ＰＬ量子収率分光計（Ｃ１１３４７－０１モデル）（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＫＫ， Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｃｉｔｙ， Ｊａｐａｎ）を用いてフォトルミネッセンス量子収率（ＰＬＱＹ）を測定した。報告された各実施例について、各指示アナライト基体におけるランダム選択した３点から合計３つの測定値を得た。示されるＰＬＱＹは、これらの測定値の平均値に相当する。
発光ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ－ＱＹ絶対ＰＬ量子収率分光計（Ｃ１１３４７－０１モデル）積分球（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＫＫ）を用いて測定した。
フィルム厚さは、硬化フィルムをマイクロメーターで測定し、次にバリアフィルムの厚さを減算することにより決定した。
ピーク発光波長（ＰＷＬ）は、Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ－ＱＹ絶対ＰＬ量子収率分光計（Ｃ１１３４７－０１モデル、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＫＫ）を用いて測定した。以下の実施例において、緑色ＱＤの目標波長は５２０～５４０ｎｍ、赤色ＱＤの目標波長は６２０～６４０ｎｍである。
カール・フィッシャー滴定：Ｍｅｔｒｏｈｍモデル８３１電量法カール・フィッシャー滴定装置（Ｍｅｔｒｏｈｍ Ｌｔｄ， Ｈｅｒｉｓａｕ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）によりモノマーの含水量を分析し、製造業者の資料及び７０３ Ｔｉ ｓｔａｎｄ（Ｍｅｔｒｏｈｍ）で説明されるように較正した。
モノマー精製の方法：次の実施例で示されるように、以下の方法を使用した。
凍結脱気（ＦＰＴ）：指示モノマー混合物を２０ｍＬのシンチレーションバイアルに装填した。シーブをモノマーの乾燥に使用する場合は、シーブをバイアルに添加し、次にバイアルに隔壁を取り付けた。モノマーが凍る（凍結）までバイアルを液体Ｎ２に浸した。凍ったら、真空（１～０．１Ｐａ）を引いて、シュレンクライン（ポンプ）に装着するニードルを用いてヘッドスペースを排気した。静的真空下で、モノマーを完全に融解するまで解凍した。凍結脱気サイクルは、３回、または解凍サイクルで気泡が認識できなくなるまで実施した。凍結脱気（ＦＰＴ）精製を行ったモノマーバイアルをＮ２でバックフィルし、後続のハンドリング用のＮ２充填グローブボックスにした。ＦＰＴモノマーは、精製から４８時間以内に使用した。
カラム精製：活性酸化アルミニウム（水中ｐＨ４．５～９．５、Ａｌｄｒｉｃｈ， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）を真空中８０℃で４時間乾燥し、次に使い捨てポリプロピレンカラムにパックした。指示モノマーを真空オーブン（０．１～１Ｐａ）で１時間脱気し、次にゆっくりとカラムに通した。カラムを不活性雰囲気中で実行し、精製したモノマーを窒素パージボックス中で保管した。精製したモノマーは、精製から４８時間以内に使用した。
シーブ乾燥：示される実施例では、ゼオライトモレキュラーシーブ（平均孔径４Å）を使用してモノマーを乾燥した。シーブを１１０℃のオーブンで終夜脱水し、熱いうちにＮ２充填グローブボックスに装填した。モノマーは乾燥していた。Ｎ２充填グローブボックス中のモノマーにシーブを添加し、穏やかに振とうし、次に室温で数時間静置してから使用した。シーブ乾燥したモノマーは、精製から４８時間以内に使用した。
実施例で使用される略語：
ＩＢＯＡはイソボルニルアクリレートであり、ＳＲ８３３はトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカンジメタノールジアクリレートであり、Ｉ－８１９及びＩ－６５１はＩＲＧＡＣＵＲＥ感光性重合開始剤（ＢＡＳＦ ＡＧ， Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ， ＤＥ）であり、Ｆｉｎｅｘ（商標）は酸化亜鉛粒子（Ｓａｋａｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏ．， ＬＴＤ．， Ｊａｐａｎ）であり、ＣＦＱＤはカドミウムフリー量子ドットを表す。緑色ＣＦＱＤは、インジウム含有コアを含有するコアシェルＱＤを含み、７３．９％のＱＹ、４４．１ｎｍのＦＷＨＭ、及び５３４．４ｎｍのＰＷＬ（吸光度＝０．３）を示す。赤色ＣＱＦＤは、インジウム含有コアを含有するコアシェルＱＤを含み、８５％のＱＹ、５２．８ｎｍのＦＷＨＭ、及び６３０ｎｍのＰＷＬ（吸光度＝０．３５）を示す。
別段の指示がない限り、以下の実施例では、配合物を以下のように調製した。
全てのＱＤ及びモノマーの混合配合物は、不活性環境中で調製した。量子ドットまたは量子ドット溶液を除く全ての指示構成成分をクリンプバイアルに装填し、バイアルを脱気し、２軸プラネタリーミキサー（ＴＨＩＮＫＹ ＡＲＥ－３１０， Ｔｈｉｎｋｙ ＣＡ）を用いて３～５分混合した。量子ドットを、１０分間の窒素パージでＱＤからトルエンを除去することによりトルエンからモノマーに移行させ、次に乾燥したＱＤ粉末を指示モノマー混合物中に分散させた。量子ドットを事前にイソボルニルアクリレート（ＩＢＯＡ）または指示モノマー混合物に分散させ、次に他の構成成分と混合し、次に２軸プラネタリーミキサーを用いてＮ２雰囲気中で１分間混合した。モノマー混合構成成分を、指示される方法で処理した後に乾燥したＱＤ粉末と合わせた。この処理方法には、短時間脱気して不活性雰囲気に導入すること（比較例のみ）、または活性アルミナカラムに通すことにより精製し（カラム精製）、モレキュラーシーブで＞２時間乾燥し（シーブ乾燥）、シーブを用いてもしくは用いずに凍結脱気を３サイクル行うこと（シーブを伴うＦＴＰもしくはＦＴＰのみ）、または室温で４８～７２時間真空を適用することにより脱気すること（ＲＴ脱気）が含まれる。
フィルムの調製：２枚のｉ－Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＰＥＴバリアフィルム間に樹脂配合物を積層することにより、配合物のフィルムを調製した。約２ｍＬの樹脂を下部フィルムに払い出し、所望のフィルム厚さに基づいてギャップを設定したギャップコーティングバーを用いて上部フィルムを適用した。Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ Ｆ３００ＳまたはＦＵＳＩＯＮ ＵＶ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＩＮＣ（ＤＲＳ－１０／１２ ＱＮＨ， Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ．， Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ， ＭＤ）硬化システムにおいてＵＶＡ～４００ｍＪ／ｃｍ２でサンプルを硬化させた。
モノマー精製がＰＬＱＹに及ぼす影響：溶液ＰＬＱＹを使用して、ＱＤとモノマーとの間の適合性を判定した。下の表１における各溶液を約１グラム（組成物の全重量に基づいて０．０２５重量％のＱＤ固体）を１ｍＬのバイアルに対し使用し、４５０ｎｍ励起におけるＰＬＱＹを測定した。
Figure 0007129170000002
上の表１で示されるように、量子ドットは溶液中では適正な量子収率を示す（比較例１及び１０を参照）が、モノマー混合物またはモノマー配合物に移行させると、このＱＹの多くを失う（比較例２及び１１を参照）。しかし、カラム精製、ＦＰＴ、またはＦＰＴとシーブ乾燥の組み合わせでは、使用モノマーに関係なく、モノマー混合物への移行後も、量子ドット溶液における当初のＱＹの多くが保持されている。実施例３、６、７、及び１２を参照。シーブ乾燥のみの場合は、ＦＰＴの場合とほぼ同程度に、量子ドット溶液のＱＹの多くが保持されている。実施例８及び９を参照。
Figure 0007129170000003
表２で示されるように、シーブ乾燥及びカラム精製は効果的にモノマー混合物を乾燥するが、ＦＰＴ単体では、個別の乾燥なしではモノマー混合物を乾燥しない。
下の表３における配合物を得て、コーティングバー（Ｐａｕｌ Ｎ． Ｇａｒｄｎｅｒ Ｃｏ．， ＦＬ， ＵＳＡ）を用いて一定の厚さのフィルムを作製し、各フィルムについてＰＬＱＹを測定した。２枚のｉ－Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＰＥＴバリアフィルム間に指示配合物を積層することにより、各フィルムを調製した。約２ｍＬの樹脂を下部フィルムに払い出し、２５０～３００（１０ｍｉｌ～１２ｍｉｌ）のギャップを有するギャップコーティングバーで引き下ろし、所望のフィルム厚さを確保した。全ての配合物を、ＤＲＳ－１０／１２ ＱＮＨ（Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ．， Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ， ＭＤ）を用いて５００ｍＪ／ｃｍ２のＵＶ硬化強度で硬化させた。結果を下の表４に示す。
Figure 0007129170000004
Figure 0007129170000005
表４で示されるように、本発明の精製組成物は、カラム精製後に初期量子収率の著しい改善を示している。
以下の実施例では、下の表５に示すモノマー混合物の配合及びＱＤを、上に示されるようにアルミナカラムで精製した脱気ＩＢＯＡを用いて処理した。各ＱＤ組成物を、下の配合に基づいたモノマーに不活性雰囲気中で添加した。１．０グラムの各配合物をガラスバイアルに装填し、Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ量子収率分光計を用いてＰＬＱＹを測定した。モノマー中へのＱＤの装填は、配合物の全重量に基づいて０．００２５重量％である。試験結果を下の表６に示す。
Figure 0007129170000006
Figure 0007129170000007
上の表６で示されるように、本発明配合物の初期量子収率パフォーマンスは、比較配合物の場合よりも著しく高く、特にカドミウムフリーＩｎＰドット（ＩｎＰ／ＺｎＳコアシェル）の場合に高かった。また、本発明の配合物は実施例２０において、比較例２１よりも少ない赤色シフトを示した。

Claims (10)

  1. 重合性モノマー組成物を作製する方法であって、
    （ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｉｉ）エステルが脂環式基、またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーとの（ｂ）モノマー混合物を、以下のうちのいずれか１つ以上；前記モノマー混合物を、真空中でシーブ乾燥し、次に平均孔径が２～２０オングストロームの乾燥モレキュラーシーブで乾燥すること；器または容器中の前記モノマー混合物を－７５℃以下の温度に冷凍し、前記モノマー混合物を、１０２～１０－２Ｐａの範囲の）真空の適用により脱気し、真空下で器または容器を密閉し、そして前記組成物を室温に解凍することにより凍結脱気（ＦＰＴ）処理すること、
    により精製するステップと、
    前記精製したモノマー混合物（ｂ）を、乾燥した窒素ガス中で保管するステップと、
    得られた前記モノマー混合物（ｂ）を、乾燥形態または有機溶媒溶液中の量子ドットの組成物（ａ）と不活性雰囲気中で合わせて、１５０ｐｐｍ以下のＨ２Ｏ、１００ｐｐｍ以下の全重合阻害化合物、及び１５０ｐｐｍ以下の有機ラジカル活性分子を含む重合性モノマー組成物を作製するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記モノマー混合物（ｂ）を精製する前記ステップが、凍結脱気（ＦＰＴ）処理し、次に、得られた前記処理済みモノマー混合物を前記平均孔径が２～２０オングストロームの乾燥モレキュラーシーブで乾燥することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 重合性モノマー組成物を作製する方法であって、
    （ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｉｉ）エステルが脂環式基、またはＣ ６ ～Ｃ ２４ アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーとの（ｂ）モノマー混合物を、前記モノマー混合物を１０２～１０－２Ｐａの真空下で脱気することと、次に、使い捨てポリプロピレンカラム中にパックされた表面積が１００～３００ｍ ２ ／ｇの活性多孔質アルミナカラム中で処理することにより精製するステップと、
    前記精製したモノマー混合物（ｂ）を、乾燥した窒素ガス中で保管するステップと、
    得られた前記モノマー混合物（ｂ）を、乾燥形態または有機溶媒溶液中の量子ドットの組成物（ａ）と不活性雰囲気中で合わせて、１５０ｐｐｍ以下のＨ ２ Ｏ、１００ｐｐｍ以下の全重合阻害化合物、及び１５０ｐｐｍ以下の有機ラジカル活性分子を含む重合性モノマー組成物を作製するステップと、
    を含む方法。
  4. 前記モノマー混合物（ｂ）を精製する前記ステップが、前記モノマー混合物を１０２～１０－２Ｐａの真空下で脱気することと、次に、７５～２００℃の温度で４～２４時間の間脱水し、かつ不活性雰囲気中で保管された前記平均孔径が２～２０オングストロームの乾燥モレキュラーシーブへの曝露または前記平均孔径が２～２０オングストロームの乾燥モレキュラーシーブとの混合により、前記モノマー混合物を乾燥することと、を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記モノマー混合物（ｂ）及び前記量子ドットの組成物（ａ）を合わせる前記ステップにおいて、合わせる前記ステップの前に前記（ａ）量子ドットを真空下で乾燥して任意の有機溶媒を除去するか、または前記重合性モノマー組成物を前記（ａ）量子ドットと共に真空下で乾燥して任意の有機溶媒を除去する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記モノマー混合物（ｂ）及び前記量子ドットの組成物（ａ）を合わせる前記ステップにおいて、前記量子ドットがカドミウムフリー量子ドットを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記量子ドットの組成物（ａ）が、コアシェル構造を有するコアシェルカドミウムフリー量子ドットを含み、前記シェルの材料が、前記コアの材料よりもバンドギャップが広く、かつ前記コアの材料に対する格子不整合が小さい、請求項６に記載の方法。
  8. 前記モノマー混合物（ｂ）が、（ｉ）ジビニルベンゼン、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、イソボルニルジメタクリレート、またはこれらの混合物と、（ｂ）（ｉｉ）エステルが脂環式基またはＣ６～Ｃ２４アルキル基を含有する（メタ）アクリレートエステル基の一部としての単一の重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記モノマー混合物（ｂ）が、（ｉ）（メタ）アクリレートエステル基の一部としての少なくとも２つの重合性ビニル基、または芳香族環もしくは脂環式基に直接結合した少なくとも２つの重合性ビニル基を有する、１つ以上のモノマーと、（ｂ）（ｉｉ）イソボルニルアクリレート（ＩＢＯＡ）と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記重合性モノマー組成物が、カール・フィッシャー滴定により決定される１５０ｐｐｍ以下のＨ２Ｏを含み、かつ参考文献（Ｊ． Ｐｏｌｙｍ． Ｓｃｉ． Ａ： Ｐｏｌｙｍ． Ｃｈｅｍ． ２００４， ｖｏｌｕｍｅ ４２， ｐａｇｅｓ １２８５－１２９２）に記載される光化学の方法により決定される７５ｐｐｍ以下の全溶存酸素を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
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