KR102188217B1 - 금속 산화물 나노입자를 함유하는 분산액 및 분사가능한 조성물 - Google Patents

금속 산화물 나노입자를 함유하는 분산액 및 분사가능한 조성물 Download PDF

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Abstract

금속 산화물 나노입자 및 쯔비터이온성 안정화제를 포함하는 수계 분산액이 본원에 개시된다. 보다 구체적으로, 상기 분산액은 화학식 (1) MmM'On (여기서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음); 쯔비터이온성 안정화제; 및 잔여량의 물을 포함한다. 또한, 화학식 (1) MmM'On (여기서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음)을 갖는 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 계면활성제; 및 잔여량의 물을 포함하는 조성물 또한 본원에 개시된다.

Description

금속 산화물 나노입자를 함유하는 분산액 및 분사가능한 조성물
본 발명은, 금속 산화물 나노입자를 함유하는 분산액 및 분사가능한 조성물에 관한 것이다.
3차원(3D) 인쇄는 디지털 모델로부터 3차원 물체 또는 부품을 제조하는데 사용되는 적층(additive) 인쇄 공정으로 정의될 수 있다. 3D 인쇄는 신속한 제품 시제품화(prototyping), 금형 생성 및 금형 마스터 생성에 종종 사용된다. 일부 3D 인쇄 기술은 재료의 연속층을 적용하기 때문에 적층 공정으로 간주된다. 3차원 인쇄 기술은 잉크젯 기술을 사용할 수 있다. 잉크젯 인쇄는, 전자 신호를 사용하여 기판에 침착시킬 잉크 또는 물질의 소적(droplet) 또는 스트림(stream)을 제어하고 유도하는 비-충격(non-impact) 인쇄 방법이다. 현재의 잉크젯 인쇄 기술은 기판의 표면 상에 열 방출, 압전(piezoelectric) 압력 또는 진동에 의해 작은 노즐을 통해 잉크 소적을 도입하는 것을 포함한다. 그러한 기술에 사용되는 재료는 특정 기능과 특성을 가져야 한다.
본 발명은 금속 산화물 나노입자 및 쯔비터이온성(zwitterionic) 안정화제를 포함하는 수성 분산액을 개시한다. 보다 구체적으로, 상기 분산액은 화학식 (1) MmM'On (여기서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음)을 갖는 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 및 잔여량의 물을 포함한다. 또한, 본원에 개시된 조성물은 화학식 (1) MmM'On (여기서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음)을 갖는 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 계면활성제; 및 잔여량의 물을 포함한다.
본 개시의 예의 특징은 다음의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본원에 개시된 조성물의 실시예의 부피-가중(volume-weighted) 평균 직경 (MV 또는 부피 분포의 평균 직경, ㎛ 단위, Y 축)을 나타내는 막대 그래프이다.
도 2는 가속화된 보관 (AS) 환경에서 실시예 조성물의 1,000 nm 파장에서의 흡광도 (Y 축, 물 중의 1:1000 희석배율 및 1 cm 광 경로에서의 흡광도 단위 (AU))의, 시간 함수(주(week), X 축)로서의 그래프이다.
도 3은 수성 분산액 중의 금속 산화물 나노입자의 부피-가중 평균 직경 (MV, nm 단위, Y 축)에 대한 NaNO3 농도 (M, X 축)의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 추가의 수성 분산액 중의 금속 산화물 나노입자의 부피-가중 평균 직경 (MV, nm 단위, Y 축)에 대한 NaNO3 농도 (M, X 축)의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 또 다른 수성 분산액 중의 금속 산화물 나노입자의 부피-가중 평균 직경 (MV, nm 단위, Y 축)에 대한 NaNO3 농도 (M, X 축)의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 수성 분산액 중의 금속 산화물 나노입자의 D95 입자 크기 (nm, Y 축)에 대한 분쇄(milling) 시간 (분, X 축)의 영향을 나타내는 그래프이다.
일부 예에서, 금속 산화물 나노입자 및 쯔비터이온성 안정화제는 분사가능한 조성물을 형성하기 위해 수계 비히클에 (안료 분산액 및/또는 흡수제 분산액으로서) 혼입될 수 있다. 다른 예에서, 쯔비터이온성 안정화제 및 금속 산화물 나노입자는 분사가능한 조성물을 형성하기 위해 수계 비히클에 직접 첨가될 수 있다. 본원에 기재된 금속 산화물 나노입자를 포함하는 분산액 및 분사가능한 조성물은 양호한 안정성을 갖는다. 분산액 및 분사가능한 조성물의 향상된 안정성은, pH, 입자 크기 (예: 부피-가중 평균 직경), 점도 및/또는 적외선 (IR) 흡광도의 시간에 따른 변화가 거의 없거나 전혀 없는 것에 의해 관찰될 수 있다. 따라서, 금속 산화물 나노입자 분산액 및/또는 분사가능한 조성물의 안정화는 pH 안정성, 물리적 안정성, 점도 안정성 및/또는 IR 흡광도 안정성의 관점에서 측정될 수 있다.
본원에서 언급된 "pH 안정성"이란 용어는, 분산액 또는 분사가능한 조성물이 시간 경과에 따라 실질적으로 변하지 않는 pH (예를 들어, 원래 pH의 ±0.5 이내)를 유지하는 능력을 의미한다. 본원에서 언급된 용어 "물리적 안정성"은 분산액 또는 분사가능한 조성물 내의 나노입자가 시간 경과에 따라 실질적으로 변하지 않고 유지되는 능력을 의미한다. 조성물의 물리적 안정성을 결정하기 위해, (예를 들어, 동적 광산란을 사용하여) 입자 크기의 변화가 시간 경과에 따라 측정될 수 있고, 크기 변화의 백분율이 결정될 수 있다. 입자 크기가 (원래 크기로부터) 20 nm 초과량으로 증가하지 않으면, 입자 크기는 "시간 경과에 따라 실질적으로 변하지 않는" 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 입자가 침강되지 않는다면 더 큰 입자 크기도 물리적으로 안정한 것으로 간주될 수 있다. 물리적 안정성을 결정하는 한 가지 방법은 나노입자를 부피-가중 분포 면에서 입자 크기에 대해 측정하는 것이다. 이러한 분포는 입자의 부피로 보여진 입자의 개체수(population)를 나타낸다. 예를 들어, 마이크로트랙 인코포레이티드(Microtrac, Inc.)에서 시판중인 나노트랙(nanotrac)(등록상표) 입자 크기 측정 시스템 (이는 부피-가중 평균 직경의 50% 누적 값을 사용할 수 있음)을 사용하여 부피-가중 평균 직경을 측정할 수 있다. 상기 입자 크기 측정 시스템은 레이저 광의 동적 산란(dynamic scattering)을 사용한다.
본원에 개시된 실시예에서, 부피-가중 평균 직경 측정치는 특정 부피 내의 금속 산화물 나노입자의 평균 직경이다. 부피-가중 평균 직경은 때때로 드 브룩케르(de Brouckere) 평균 직경이라고 불리며, 실제 입자와 동일한 부피의 구형 입자를 가정할 때 중량 평균 부피 직경이다. 보관 후, 부피-가중 평균 직경이 비교적 일정하게 유지되면, 이는 안정한 분산액 또는 분사가능한 조성물의 지표이다. 그러나, 분산액 또는 분사가능한 조성물을 보관한 후에 부피-가중 평균 직경이 현저하게 증가하는 경우, 이는 바람직하지 않은 응집의 신호 및 덜 안정한 분산액 또는 분사가능한 조성물의 표식일 수 있다.
본원에서 언급된 용어 "점도 안정성"은 시간 경과에 따라 실질적으로 변하지 않는 점도를 유지하는 (예를 들어, 실온, 예를 들어 18℃ 내지 22℃ 범위의 온도에서 5 cP 초과로 상승하지 않는) 분산액 또는 분사가능한 조성물의 능력을 의미한다. 본원에서 말하는 "IR 흡광도 안정성"이란 용어는 분산액 또는 분사가능한 조성물이 시간 경과에 따라 실질적으로 변하지 않는 IR 흡광도를 유지하는 능력(예를 들어, 흡광도 면에서 10% 이하의 손실)을 의미한다.
pH 변화, 입자 크기 변화, 점도 변화 및/또는 IR 흡광도 변화의 측정을 용이하게 하기 위해, 분산액 또는 분사가능한 조성물은 가속화된 보관 (AS) 환경에 보관될 수 있다. pH, 입자 크기, 점도 및/또는 IR 흡광도는 분산액 또는 분사가능한 조성물이 AS 환경에 보관되기 전후에 측정될 수 있다. 가속화된 보관 환경은 약 45℃ 내지 약 60℃의 온도를 갖는 환경일 수 있다. 일례로, 가속화된 보관 환경은 약 60℃의 온도로 하소된 오븐이며, 분산액 또는 분사가능한 조성물은 약 6 주 동안 AS 환경에 보관된다. pH 변화, 입자 크기 변화, 점도 변화 및/또는 IR 흡광도 변화의 측정을 용이하게 하는 부가적인 방법은 분산액 또는 분사가능한 조성물을 온도 사이클 (T-사이클)로 처리하는 것이다. T-사이클 시험은, AS 환경 시험에 의해 나타나지 않는 분산액 또는 분사가능한 조성물의 불안정성을 나타낼 수 있다. 반대로, AS 환경 시험은 T-사이클 시험으로 나타나지 않는 분산액 또는 분사가능한 조성물의 불안정성을 나타낼 수 있다. 안정한 분산액 또는 분사가능한 조성물은 AS 환경 시험 및 T-사이클 시험 모두에 합격할 수 있어야 한다. T-사이클 시험을 수행하는 경우, 상기 분산액 또는 분사가능한 조성물이 T-사이클을 거친 전후에 pH, 입자 크기, 점도 및/또는 IR 흡광도가 측정될 수 있다. T-사이클은, 상기 분산액 또는 분사가능한 조성물을 고온으로 가열하고, 상기 분산액 또는 분사가능한 조성물을 몇 분 동안 고온에서 유지시킨 후, 상기 분산액 또는 분사가능한 조성물을 저온으로 냉각시키고, 상기 분산액 또는 분사가능한 조성물을 몇 분 동안 저온에서 유지하는 것을 포함할 수 있다. 상기 공정은 다수의 사이클 (예컨대, 5 회) 동안 반복될 수 있다.
전술한 바와 같이, 큰 pH 변화, 큰 입자 크기 변화, 큰 점도 변화 및/또는 큰 IR 흡수 변화는 불량한 분산액 또는 분사가능한 조성물 안정화를 나타낼 수 있다. 또한, 큰 pH 변화 (예: ±0.5 이상의 pH 변화), 큰 입자 크기 변화 (예: 입자 크기가 20 nm 초과로 증가함) 또는 큰 점도 변화 (예: 점도가 5 cP 초과로 증가함)는 분산액 또는 분사가능한 조성물의 보관 수명을 짧게 할 수 있다. 하나의 예로서, 큰 입자 크기 변화는, 벌크 분사가능 조성물에서의 상분리 (예를 들어, 비히클로부터 나노입자들이 분리되고, 서로 응집되고 및/또는 침강됨)로부터 초래되며, 이는 분사가능한 조성물을 사용할 수 없게 한다. 큰 pH 변화, 큰 입자 크기 변화 또는 큰 점도 변화는 분사성(jettability) 및/또는 화질(image quality)을 변화시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 나노입자 응집 및/또는 침강은 분사가능한 조성물을 분사하기 더 어렵게 만들 수 있다. 다른 예로서, 큰 pH 변화는 분산액 또는 분사가능한 조성물 점도의 큰 변화를 유발할 수 있다. pH가 너무 낮아지면, 분산액 또는 분사가능한 조성물의 점도가 증가할 수 있으며, 이는 분산액 또는 분사가능한 조성물이 보다 빨리 경화되기 쉽게 하여 프린트헤드 노즐을 막히게 할 수 있다. pH가 지나치게 증가하면, 분산액 또는 분사가능한 조성물의 점도가 감소하여, 분산액 또는 분사가능한 조성물이 약해지고, 천천히 건조되고, 불량한 내수성을 나타내게 할 수 있다. 또한, 큰 IR 흡광도 변화 (예를 들어, 10% 초과의 흡광도 손실의 IR 흡광도 변화)는 분산액 또는 분사가능한 조성물을 IR 흡수제로서 사용할 수 없게 할 수 있다.
본원에 개시된 분사가능한 조성물은 임의의 공지된 잉크젯 인쇄 기술 예를 들어 연속 잉크젯 인쇄 또는 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 잉크젯 인쇄 예컨대 압전 및 열 잉크젯 인쇄를 사용하여 사용 및 적용될 수 있다. 상기 분사가능한 조성물은 일부 경우 잉크젯 잉크로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 나노입자는 분사가능한 조성물에 청색을 부여할 수 있으며 (존재하는 나노입자의 양에 따라 강도가 달라질 수 있음), 따라서 잉크젯 잉크로서 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 분사가능한 조성물은 (금속 산화물 나노입자 이외에) 추가의 착색제를 포함할 수 있으며, 따라서 잉크젯 잉크로서 사용될 수 있다.
일부 예에서, 전술한 금속 산화물 나노입자, 쯔비터이온성 안정화제, 계면활성제 및 잔여량의 물을 포함하는 분사가능한 조성물은 3차원(3D) 인쇄 시스템에서 사용되도록 제형화된다. 일부 다른 예에서, 전술한 금속 산화물 나노입자를 포함하는 분사가능한 조성물은 3차원 인쇄 시스템에서 융합제로서 사용되도록 제형화된다.
본원에서 사용되는 "분사", "분사가능한", "분사성" 등은 잉크젯 구조와 같은 분사 구조로부터 분사되는 조성물에 대한 것이다. 잉크젯 구조에는 열 또는 피에조(piezo) 드롭-온-디맨드 구조는 물론 연속 잉크젯 구조가 포함될 수 있다. 또한, 이러한 구조는 다양한 액적 크기, 예를 들어 50 피코리터 (pl) 미만, 40 pl 미만, 30 pl 미만, 20 pl 미만, 10 pl 미만을 인쇄하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 액적 크기는 1 내지 40 pl, 예를 들어 3 또는 5 내지 30 pl일 수 있다.
용어 "융합제"는, 미립자 빌드 재료에 적용될 수 있고 3D 부품의 층을 형성하도록 빌드 재료를 융합시키는 것을 도울 수 있는 제형을 기술하는데 사용된다. 빌드 재료를 융합시키는데 열이 사용될 수도 있지만, 융합제는 또한 분말을 함께 결합시키거나 및/또는 전자기 에너지로부터 열을 발생시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 융합 조성물은 융합제를 포함할 수 있으며, 이때 상기 융합제는, 빌드 재료를 함께 가열 융합시키기 위한 준비시에 빌드 재료를 함께 결합시킬 수 있거나, 전자기 복사선의 주파수 또는 주파수들에 노출될 때 에너지화되거나 가열되는 첨가제일 수 있다. 미립자 빌드 재료를 융합시켜 3D 인쇄된 부품을 형성하는 데 도움이 되는 첨가제가 사용될 수 있다.
분산액
본 발명은 하기 화학식 1의 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 및 잔여량의 물을 포함하는 분산액에 관한 것이다:
MmM'On (1)
상기 식에서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같다.
본원에서 사용되는 용어 "분산액"은, 하나의 상이 벌크 물질(즉 액체 비히클) 전체에 걸쳐 분포된 미세하게 분열된 금속 산화물 입자로 이루어진 2 상 시스템을 의미한다. 금속 산화물 나노입자는 분산된 상 또는 내부 상이고 벌크 물질은 연속 상 또는 외부 상 (액체 비히클)이다. 본원에 개시된 바와 같이, 액체 매질은 수성 액체 매질, 즉 물을 포함한다.
일부 예에서, 금속 산화물 나노입자는 분산액의 총 중량%를 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 분산액 중에 존재할 수 있다. 일부 다른 예에서, 쯔비터이온성 안정화제는 분산액 중에 (분산액의 총 중량%를 기준으로) 약 2 중량% 내지 약 35 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 일부 예에서, 금속 산화물 나노입자 대 쯔비터이온성 안정화제의 중량비는 1:10 내지 10:1이다. 다른 예에서, 금속 산화물 나노입자 대 쯔비터이온성 안정화제의 중량비는 1:1이다.
나노입자
일부 예에서, 하기 화학식 1을 갖는 나노입자 금속 산화물이 본원에 기재된다:
MmM'On (1)
상기 식에서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4보다 작거나 같다.
화학식 1에서, M은 알칼리 금속이고, 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (Rb), 세슘 (Cs) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 실제로, 어떠한 이론에 구애됨이 없이, 그러한 화합물은 가시광 (약 380 nm 내지 약 750 nm의 파장 범위)의 높은 투과율을 유지하면서 NIR 광 (약 750 nm 내지 약 1400 nm의 파장 범위)의 만족스러운 흡수율을 보유하는 것으로 믿어진다.
일부 예에서, 본 개시의 나노입자는 약 750 nm 내지 약 2300 nm 범위의 적외선을 흡수한다. 일부 다른 예에서, 본 개시의 나노입자는 약 780 nm 내지 약 1400 nm 범위의 적외선을 흡수한다. 또 다른 몇몇 예에서, 본 개시의 나노입자는 약 780 nm 내지 약 2300 nm 범위의 적외선을 흡수한다. 금속 산화물 나노입자는 또한 약 780 nm 내지 약 2300 nm, 또는 약 790 nm 내지 약 1800 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 1500 nm, 또는 약 810 nm 내지 약 1200 nm, 약 820 nm 내지 약 1100 nm, 또는 약 830 nm 내지 약 1000 nm 범위의 적외선을 흡수할 수 있다. 금속 산화물은 IR 흡수성 무기 나노입자일 수 있다.
본 개시의 금속 산화물 나노입자는 화학식 (1) MmM'On 을 갖는다. 상기 화학식 (1)에서, M은 알칼리 금속이다. 일부 예에서, M은 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (Rb), 세슘 (Cs) 또는 이들의 혼합물이다. 일부 다른 예에서, M은 세슘 (Cs)이다. 화학식 (1)에서, M'는 임의의 금속이다. 일부 예에서, M'은 텅스텐 (W), 몰리브덴 (Mb), 탄탈륨 (Ta), 하프늄 (Hf), 세륨 (Ce), 란타늄 (La) 또는 이들의 혼합물이다. 일부 다른 예에서, M'은 텅스텐 (W)이다. 화학식 (1)에서, m은 0보다 크고 1보다 작다. 일부 예에서, m은 0.33일 수 있다. 화학식 (1)에서, n은 0보다 크고 4 이하이다. 일부 예에서, n은 0보다 크고 3 이하일 수 있다. 일부 예에서, 본 발명의 나노입자는 화학식 (1) MmM'On 을 갖되, 이때 M이 텅스텐 (W)이고, n이 3이고, M'이 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (Rb), 세슘 (Cs) 또는 이들의 혼합물이다. 따라서, 상기 나노입자는 화학식 MmWO3를 갖는 텅스텐 브론즈(bronze) 나노입자이다.
일부 다른 예에서, 금속 산화물 나노입자는, 화학식 (1) MmM'On 에서 M이 세슘 (Cs)이고, m이 0.33이고, M'가 텅스텐 (W)이고, n이 0보다 크고 3 이하인 세슘 텅스텐 나노입자이다. 일례에서, 금속 산화물 나노입자는, 화학식 CsxWO3 (0<x<1)을 갖는 세슘 텅스텐 산화물 나노입자이다. 세슘 텅스텐 산화물 나노입자는 분산액에 밝은 청색을 부여할 수 있다. 색상의 강도는 분산액 중의 세슘 텅스텐 산화물 나노입자의 양에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.
일부 예에서, 금속 산화물 입자는 약 0.01 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 0.1 nm 내지 약 350 nm, 또는 약 0.5 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 0.7 nm 약 250 nm 또는 약 0.8 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 0.9 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 90 nm, 또는 약 1 nm 약 80 nm 또는 약 1 nm 내지 약 70 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 60 nm, 또는 약 2 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 3 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 3 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 3 내지 약 20 nm, 또는 약 3 내지 약 10 nm의 직경을 가질 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 금속 산화물 나노입자의 평균 입자 크기 (예를 들어, 부피-가중 평균 직경)는 약 1 nm 내지 약 40 nm의 범위일 수 있다. 일부 예에서, 금속 산화물 나노입자의 평균 입자 크기는 약 1nm 내지 약 15nm 또는 약 1nm 내지 약 10nm의 범위일 수 있다. 입자 크기 범위의 상부 (예를 들어, 약 30 nm 내지 약 40 nm)는, 이들 입자는 안정화되기가 더 어려울 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
쯔비터이온성 안정화제
금속 산화물 나노입자를 포함하는 본 개시의 분산액은 또한 쯔비터이온성 안정화제를 포함한다. 쯔비터이온성 안정화제는 분산액의 안정화를 개선시킬 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제는 선적 및 보관 중에 세슘 텅스텐 산화물 나노입자 분산액의 안정성을 향상시킬 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제는 중성 총 전하를 갖지만, 분자의 하나 이상의 영역은 양전하 (예를 들면, 아미노기)를 가지며, 분자의 하나 이상의 다른 영역은 음전하를 갖는다. 금속 산화물 나노입자는 약간의 음전하를 가질 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제 분자는, 금속 산화물 나노입자에 가장 근접한 쯔비터이온성 안정화제 분자의 양의 영역 및 금속 산화물 나노입자로부터 가장 먼 쯔비터이온성 안정화제 분자의 음의 영역을 갖는, 약간 음성인 금속 산화물 나노입자 주위에 배향될 수 있다. 그 다음, 쯔비터이온성 안정화제 분자의 음의 영역의 음 전하는 금속 산화물 나노입자를 서로 반발시킬 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제 분자는, 금속 산화물 나노입자 주위에 보호층을 형성하고, 이들이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하고/하거나 입자 표면 사이의 거리를 (예를 들어, 약 1 nm 내지 약 2 nm 범위의 거리만큼) 증가시킬 수 있다. 따라서, 쯔비터이온성 안정화제는 금속 산화물 나노입자가 분산액에서 응집 및/또는 침강되는 것을 방지할 수 있다.
적합한 쯔비터이온성 안정화제의 예로는, C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 10 g 이상인 C2 내지 C8 아미노-카복실산, 타우린 및 이들의 조합물이 포함된다. C2 내지 C8 아미노-카복실산의 예는 베타-알라닌, 감마-아미노부티르산, 글리신 및 이들의 조합물을 포함한다.
쯔비터이온성 안정화제는 분산액 중에 약 2 중량% 내지 약 35 중량% (분산액의 총 중량% 기준)의 양으로 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 베타인일 때, C2 내지 C8 베타인은 분산액의 전체 중량%의 약 8 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 아미노-카복실산인 경우, C2 내지 C8 아미노-카복실산은 분산액 총 중량의 약 2 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 타우린 인 경우, 타우린은 분산액의 전체 중량%의 약 2 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 상기 쯔비터이온성 안정화제는, 나노입자를 물에서 분쇄(milling)하기 전, 도중 또는 후에, 금속 산화물 나노입자 및 물에 첨가하여 분산액을 형성할 수 있다.
분사가능한 조성물
전술한 바와 같이, 분사가능한 조성물이 본원에 개시된다. 분사가능한 조성물은 상기 기술된 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 계면활성제; 및 잔여량의 물을 포함한다. 금속 산화물 나노입자는 화학식 (1) MmM'On 을 가지며, 여기서 M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'는 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 4 이하이다.
본원에 개시된 분사가능한 조성물은 상기 개시된 금속 산화물 나노입자, 쯔비터이온성 안정화제, 계면활성제 및 잔여량의 물을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 개시된 분사가능한 조성물은 금속 산화물 나노입자, 쯔비터이온성 안정화제, 공-용매, 계면활성제 및 잔여량의 물을 포함한다. 또 다른 몇몇 예에서, 분사가능한 조성물은 첨가제 (예를 들어, 항-코게이션제, 킬레이트제, 항균제 또는 이들의 조합물)와 같은 부가적인 성분을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "분사가능한 조성물 비히클", "액체 비히클" 및 "비히클"은, 분사가능한 조성물(들)을 형성하기 위해 금속 산화물 나노입자 및 쯔비터이온성 안정화제가 배치되는 액체 유체를 지칭할 수 있다. 다양한 종류의 액체 비히클이 본 발명의 분사가능한 조성물 세트(들)와 함께 사용될 수 있다. 비히클은 물을 단독으로 또는 다양한 추가 성분과 함께 포함할 수 있다. 이러한 추가 성분의 예는 공-용매(들), 계면활성제(들), 항균제(들), 항-코게이션제(들) 및/또는 킬레이트제(들)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 분사가능한 조성물은 분사가능한 조성물의 총 중량%에 대하여, 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 범위의 양으로 존재하는 금속 산화물 나노입자; 약 2 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 존재하는 쯔비터이온성 안정화제; 약 0.1 중량% 내지 약 4 중량% 범위의 양으로 존재하는 계면활성제; 및 약 2 중량% 내지 약 80 중량% 범위의 양으로 존재하는 공-용매를 포함한다.
일부 다른 예에서, 분사가능한 조성물은 항-코게이션제, 킬레이트제, 항균제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함하고; 이때, 상기 첨가제는 분사가능한 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재한다.
분사가능한 조성물의 액체 비히클은 계면활성제를 포함한다. 계면활성제는 (분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로) 약 0.1 중량% 내지 약 4 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 적합한 계면활성제의 예는 비이온성 계면활성제이다. 몇 가지 구체적인 예는 아세틸렌계 디올 화학을 기반으로 하는 자가-유화가능한 비이온성 습윤제 (예: 에어프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)의 서피놀(Surfynol)(등록상표) SEF), 비이온성 플루오로 계면활성제 (예: 조닐(Zonyl) FSO로 이미 알려진 듀퐁(DuPont)의 캡스톤(Capstone)(등록상표) 플루오로 계면활성제) 및 이들의 조합물을 포함한다. 다른 예에서, 계면활성제는 에톡시화 저-발포체 습윤제 (예: 에어프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드의 서피놀(등록상표) 440 또는 서피놀(등록상표) CT-111) 또는 에톡시화 습윤제 및 분자 소포제 (예: 에어프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드의 서피놀(등록상표) 420)이다. 또 다른 적합한 계면활성제는 비이온성 습윤제 및 분자 소포제 (예: 에어프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드의 서피놀(등록상표)104E) 또는 수용성 비이온성 계면활성제 (예: 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)의 터지톨(Tergitol)(등록상표) TMN-6, 터지톨(등록상표) 15S7, 및 터지톨(등록상표) 15S9)이다. 일부 예에서, 음이온성 계면활성제는 비이온성 계면활성제와 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 적합한 음이온성 계면활성제는 알킬다이페닐옥사이드 다이설포네이트 (예: 더 다우 케미칼 캄파니의 다우팍스(Dowfax)(등록상표) 8390 및 다우팍스(등록상표) 2A1)이다. 일부 예에서, 10 미만의 친수성-친유성 균형가 (HLB)를 갖는 계면활성제를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
비히클은 공-용매(들)를 포함할 수 있다. 비히클에 첨가될 수 있는 공-용매의 일부 예로는 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리디논, 2-피롤리디논, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,5-펜탄디올, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 트리프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 에톡시화 글리세롤-1 (LEG-1) 및 이들의 조합물을 포함한다. 단일 공-용매가 사용되는지 또는 공-용매의 조합물이 사용되는지에 상관 없이, 분사가능한 조성물에서의 공-용매(들)의 총량은 분사가능한 조성물의 총 중량%에 대하여 약 2 중량% 내지 약 80 중량% 범위일 수 있다. 공-용매 사용량(loading)은 약 0.8 cP 내지 5 cP 범위의 점도를 달성하도록 조정될 수 있다.
일부 예에서, 액체 비히클은 전술한 첨가제 중 하나 이상을 또한 포함할 수 있다. 반복적으로, 첨가제는 항-코게이션(anti-kogation)제, 킬레이트제, 항균제, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 첨가제의 양은 첨가제의 유형에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 첨가제는 분사가능한 조성물에 (분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로) 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 항-코게이션제가 분사가능한 조성물에 포함될 수 있다. 코게이션은 열 잉크젯 프린트헤드의 가열 요소 상의 건조된 분사가능한 조성물 성분의 침착물을 지칭한다. 항-코게이션제(들)은 코게이션의 축적을 방지하기 위해 포함된다. 적합한 항-코게이션제의 예는 올레트-3-포스페이트 (크로다(Croda)의 크로다포스(Crodafos)(등록상표)O3A 또는 크로다포스(등록상표)N-3 애시드로서 시판됨), 또는 올레트-3-포스페이트와 저 분자량 (예를 들어, <5,000) 폴리아크릴산 중합체의 조합물을 포함한다. 단일 항-코게이션제가 사용되는지 또는 항-코게이션제의 조합물이 사용되는지에 관계 없이, 분사가능한 조성물 중의 항-코게이션제의 총량은 (분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로) 약 0.1 중량% 내지 약 0.2 중량% 범위일 수 있다.
액체 비히클은 또한 킬레이트제를 포함할 수 있다. 킬레이트제는 중금속 불순물의 유해한 영향을 제거하기 위해 분사가능한 조성물에 포함될 수 있다. 적합한 킬레이트제의 예로는 이나트륨 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA-Na), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 및 메틸글리신디아세트산 (예: 바스프 코포레이션(BASF Corp.)의 트릴론(Trilon) M)이 있다. 단일 킬레이트제가 사용되든 또는 킬레이트제의 조합물이 사용되든지에 상관 없이, 분사가능한 조성물 내의 킬레이트제(들)의 총량은 분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로 0 중량% 내지 약 2 중량%의 범위일 수 있다.
액체 비히클은 항균제(들)을 또한 포함할 수 있다. 적합한 항균제는 살생물 제 및 살균제를 포함한다. 항균제의 예로는 뉴오셉트(Nuosept)(등록상표) (애쉬랜드 인코포레이티드(Ashland Inc.)), 반사이드(Vancide)(등록상표) (알 티 반더빌트 캄파니(R.T. Vanderbilt Co.)), 액티사이드(Acticide)(등록상표) B20 및 액티사이드(등록상표) M20 (토르 케미칼즈(Thor Chemicals)) 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 일 예에서, 분사가능한 조성물은 (분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로 하여) 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 항균제의 총량을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 일부 예에서, 분사가능한 조성물의 비히클은 추가의 분산제(들) (예를 들어, 루브리졸(Lubrizol)의 카르보스펄스(Carbosperse) K-7028 폴리아크릴레이트와 같은 저 분자량 (예를 들어, <5,000) 폴리아크릴산 중합체), 방부제(들), 분사성 향상 첨가제(들) 등을 포함할 수 있다.
상기 분사가능한 조성물은 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 일례에서, 분사가능한 조성물을 형성하기 위해 금속 산화물 나노입자는 다른 성분 (쯔비터이온성 안정화제를 포함함)에 첨가된다. 다른 예에서, 금속 산화물 나노입자는, 분사가능한 조성물을 형성하기 위해 다른 성분에 첨가되는 별도의 분산액인 이전에 기술된 금속 산화물 나노입자 분산액 (쯔비터이온성 안정화제 포함)에 존재한다. 분사가능한 조성의 잔여 부분은 물이다.
일부 예에서, 분사가능한 조성물은 또한 금속 산화물 나노입자 이외에 착색제를 포함할 수 있다. 분사가능한 조성물에 존재할 수 있는 착색제의 양은 (분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로) 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이다. 착색제는 임의의 적합한 색상을 갖는 안료 및/또는 염료일 수 있다. 색상의 예는 시안, 마젠타, 옐로우 등을 포함한다. 착색제의 예로는 애시드 옐로우(Acid Yellow) 23 (AY 23), 애시드 옐로우 17 (AY 17), 애시드 레드(Acid Red) 52 (AR 52), 애시드 레드 289 (AR 289), 리액티브 레드(Reactive Red) 180 (RR 180), H-MA 마젠타, H-MI 마젠타 다이렉트 블루 199 (DB 199), 프로-제트 C854, H-CB 시안과 같은 염료, 또는 피그먼트 블루 15:3 15:3), 피그먼트 레드 122 (PR 122), 피그먼트 옐로우 155 (PY 155) 및 피그먼트 옐로우 74 (PY 74)와 같은 안료가 있다. 음이온성 착색제가 포함되는 경우, 착색제가 분사가능한 조성물로부터 탈락되지 않도록 그 양을 조절 (예를 들어, 낮춤)할 수 있다.
일부 예에서, 분사가능한 조성물은 전술한 금속 산화물 나노입자, 공-용매, 잔여량의 물을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 물을 포함시키는 경우, 분사가능한 조성물은 수산화 칼륨 (KOH) 또는 다른 적합한 염기로 약 8.0 내지 약 8.5의 pH로 조정될 수 있다. 나노입자는 나노입자 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부 예에서, 나노입자 수성 잉크 조성물에 완충액을 혼합함으로써, 분사가능한 조성물에 완충액이 첨가될 수 있다.
분사가능한 조성물은 임의의 공지된 잉크젯 인쇄 기술, 예를 들어 연속 잉크젯 인쇄 또는 드롭-온-디맨드 (drop-on-demand) 잉크젯 인쇄 예컨대 압전 및 열 잉크젯 인쇄를 사용하여 사용 및 적용될 수 있다. 분사가능한 조성물은 일부 경우 잉크젯 잉크로서 사용될 수 있다.
일부 예에서, 분사가능한 조성물은 3차원(3D) 인쇄 시스템으로 사용되도록 제형화된다. 일부 다른 예에서는, 전술한 금속 산화물 나노입자, 쯔비터이온성 안정화제, 계면활성제 및 잔여량의 물을 포함하는 분사가능한 조성물이 3차원 인쇄 시스템에서 융합제로서 사용되도록 제형화된다.
일례로서, 금속 산화물 나노입자 분산액을 함유하는 분사가능한 조성물은, 금속 산화물 나노입자가 플라즈몬 공명 흡수제로서 작용하는 3차원(3D) 인쇄 시스템에서 융합제로서 사용될 수 있다. 금속 산화물 나노입자 및 쯔비터이온성 안정화제를 포함하는 본원에 개시된 분사가능한 조성물은 액체이며, 단일 카트리지 세트 또는 다중 카트리지 세트에 포함될 수 있다. 다중 카트리지 세트에서, 다수의 분사가능한 조성물 중 임의의 수는 금속 산화물 나노입자 및 그 안에 혼입된 쯔비터이온성 안정화제를 가질 수 있다. 본원에 개시된 3차원(3D) 인쇄 방법의 예는 다중 제트 융합 인쇄 (Multi Jet Fusion Printing; MJFP)를 이용한다. MJFP 동안, 빌드 재료의 층 (빌드 재료 입자라고도 함)은 복사선에 노출되지만, 빌드 재료의 선택된 영역 (일부 경우 전체 층보다 작음)이 융합되고 경화되어 3D 부품(들) 또는 물체(들)의 층이 된다.
본원에 개시된 예에서, 본원에 기술된 나노입자 (예: 융합제)를 포함하는 분사가능한 조성물은 빌드 재료의 선택된 영역과 접촉하여 선택적으로 침착될 수 있다. 분사가능한 조성물 또는 융합제는 빌드 재료의 층으로 침투하여 빌드 재료의 외부 표면 상에 펴질 수 있다. 이러한 융합제는 복사선을 흡수하고 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시킬 수 있으며, 이어서 융합제 (예: 나노입자)와 접촉하는 빌드 재료를 녹이거나 소결시킬 수 있다. 이로 인해 빌드 재료가 융합, 결합 또는 경화되어 3D 부품 또는 물체의 층이 형성된다.
일부 예에서, 금속 산화물 나노입자 분산액을 사용하는 방법은, 3차원 물체 또는 부품을 형성하기 위해 본원에 기술된 나노입자를 포함하는 수성 조성물을 분사하는 단계를 포함한다. 일부 예에서, 3차원 물체 또는 부품을 형성하는 방법은 빌드 재료를 적용하는 단계; 상기 빌드 재료를 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도로 예비 가열하는 단계; 화학식 (1) MmM'On (여기서, M은 알칼리 금속이고, m은 0보다 크고 1보다 작고, M'은 임의의 금속이고, n은 0보다 크고 또는 4 이하임)을 갖는 금속 산화물 나노입자; 쯔비터이온성 안정화제; 계면활성제; 및 잔여량의 물을 포함하는 분사가능한 조성물을 상기 빌드 재료의 적어도 일부분 상에 선택적으로 적용하는 단계; 빌드 재료 및 분사가능한 조성물을 적외선 복사선에 노출시켜 빌드 재료 및 분사가능한 조성물을 융합시킴으로써 3차원 물체(들) 또는 부품(들)을 형성하는 단계; 상기 단계들 중 하나 이상을 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
빌드 재료는 분말, 액체, 페이스트 또는 겔일 수 있다. 빌드 재료의 예는 5℃ 초과의 넓은 공정 윈도우 (예를 들어, 융점과 재결정 온도 사이의 온도 범위)를 갖는 반(semi)-결정질 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 빌드 재료의 특정 예로는 폴리아미드 (PA) (예: PA 11/나일론 11, PA 12/나일론 12, PA 6/나일론 6, PA 8/나일론 8, PA 9/나일론 9, PA 6,6/나일론 6,6, PA 6,12/나일론 6,12, PA 8,12/나일론 8,12, PA 9,12/나일론 9,12 또는 이들의 조합물)가 포함될 수 있다. 빌드 재료의 다른 특정 예는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 이들 재료의 비정질 변형체를 포함할 수 있다. 적합한 빌드 재료의 또 다른 예는 폴리스티렌, 폴리아세탈, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 써멀(thermal) 폴리우레탄, 다른 엔지니어링 플라스틱 및 본원에 열거된 중합체 중 임의의 둘 이상의 블렌드를 포함할 수 있다. 이들 물질의 코어 쉘 중합체 입자가 또한 사용될 수 있다. 빌드 재료는 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위의 융점을 가질 수 있다. 예로서, 빌드 재료는 180℃의 융점을 갖는 폴리아미드, 또는 약 100℃ 내지 약 165℃ 범위의 융점을 갖는 써멀 폴리우레탄일 수 있다. 빌드 재료는 비슷한 크기의 입자 또는 다른 크기의 입자로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 빌드 재료는 2 개의 상이한 크기의 입자를 포함할 수 있다. 빌드 재료와 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "크기"는 구형 입자의 직경 또는 비-구형 입자의 평균 직경 (예를 들어, 입자를 가로지르는 다수 직경의 평균)을 지칭한다. 일례에서, 빌드 재료의 입자의 평균 크기는 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 80 ㎛, 또는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위일 수 있다. 일부 예에서, 빌드 재료는 중합체 입자 이외에 하전제(charging agent), 유동 보조제 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 하전제(들)은 마찰 대전(tribo-charging)을 억제하기 위해 첨가될 수 있다. 적합한 하전제(들)의 예로는 지방족 아민 (이는 에톡시화될 수 있음), 지방족 아미드, 4 급 암모늄 염 (예: 베헨트리모늄 클로라이드 또는 코카미도프로필 베타인), 인산의 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 에스테르 또는 폴리올이 포함된다. 적합한 상업적으로 입수가능한 일부 하전제로는 호스타스타트(Hostastat)(등록상표) FA 38 (천연계 에톡실화된 알킬아민), 호스타스타트(등록상표) FE2 (지방산 에스테르) 및 호스타스타트(등록상표) HS 1 (알칸 설포네이트)가 있으며, 이들 각각은 클라리언트 인터내셔날 리미티드(Clariant Int. Ltd.)에서 입수가능하다. 일례에서, 하전제는 빌드 재료의 총 중량을 기준으로 0 중량% 초과 내지 5 중량% 미만 범위의 양으로 첨가된다.
일부 예에서, 빌드 재료의 층(들)은 3D 프린터의 제조 베드(fabrication bed)에 적용될 수 있다. 적용된 층(들)은 가열에 노출될 수 있으며, 이는 빌드 재료를 예열하기 위해 수행될 수 있다. 따라서, 가열 온도는 빌드 재료의 융점보다 낮을 수 있다. 따라서, 선택된 온도는 사용되는 빌드 재료에 의존할 수 있다. 예로서, 가열 온도는 빌드 재료의 융점보다 약 5℃ 내지 약 50℃ 낮을 수 있다. 일 예에서, 가열 온도는 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위일 수 있다. 다른 예에서, 가열 온도는 약 150℃ 내지 약 170℃의 범위일 수 있다. 본원에 기술된 나노입자를 포함하는 분사가능한 조성물은 잉크젯 프린트헤드, 예컨대 열적 잉크젯 프린트헤드 또는 압전성 잉크젯 프린트헤드로부터 분배된다. 상기 프린트헤드는 드롭-온-디맨드 프린트헤드 또는 연속 드롭 프린트헤드일 수 있다.
적외선은 복사선 공급원 예를 들어 IR (예를 들어, 근적외선) 경화 램프 또는 IR (예를 들어, 근적외선) 발광 다이오드 (LED), 또는 특정 IR 또는 근적외선 파장을 갖는 레이저로부터 방출될 수 있다. 적외선 스펙트럼, 예를 들어 근적외선 스펙트럼의 파장을 방출하는 임의의 복사선 공급원이 사용될 수 있다. 상기 복사선 공급원은 예를 들어, 프린트헤드(들)을 또한 고정하는 캐리지(carriage)에 부착될 수 있다. 상기 캐리지는 복사선 공급원을, 3D 인쇄물(들) 또는 부품(들)을 포함하는 제조 베드에 인접한 위치로 이동시킬 수 있다. 본원에 기술된 나노입자를 포함하는 분사가능한 조성물은 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열에너지로 전환시키고, 열을 그와 접촉하는 빌드 재료로 전달하는 것을 촉진시킬 수 있다. 일 예에서, 상기 잉크는 빌드 재료의 온도를 융점 이상으로 충분히 상승시킬 수 있어, 빌드 재료 입자의 경화 (예를 들어, 하소, 결합 또는 융합)가 일어날 수 있게 한다.
실시예
실시예 1 내지 6에서, 금속 산화물 나노입자를 포함하는 여러 개의 상이한 분사가능한 조성물 및 분산 제형을 제조하고 분석하였다. 시험된 금속 산화물 나노입자는 세슘 텅스텐 산화물 나노입자 (식 CsWO3을 가짐)이다. 실시예 1 내지 6 각각에서 상기 세슘 텅스텐 산화물 나노입자의 입자 크기는 부피-가중 평균 직경 (MV)면에서 측정되었다. 부피-가중 평균 직경 (MV)은 나노트랙(Nanotrac)(등록상표) 웨이브(Wave)(등록상표) 입자 크기 분석기 (마이크로트랙(Microtrac)(등록상표)-니키소 그룹(Nikkiso group)(등록상표)에서 입수가능)로 측정했다. 시험 샘플은, 분사가능한 조성물 샘플을 탈 이온수로 희석 [1:5000]함으로써 제조하였고, 샘플은 추가 처리 없이 분석되었다. 실시예 4 및 5에서, D50 (즉, 개체의 1/2이 이 값보다 크고 1/2이 이 값보다 작은, 입자 크기 분포의 중간값) 및 D95 (즉, 개체의 95%가 이 값 미만임) 또한 입자 크기 분석기를 사용하여 결정되었다. 또한 실시예 4 및 5에서는, 입자 크기를 어큐사이저(Accusizer) A 2000 (PSS로부터 입수가능)을 사용하여 측정하였으며, 상기 장치는, 샘플 1 mL 중에 존재하는 입자를 카운트하고 특정 크기의 입자 수를 결정한다. 실시예 7에서, 입자 크기 측정은 호리다(Horiba)(등록상표) LA-950 입자 크기 분석기를 사용하여 수행되었다.
실시예 1
이 실시예는, 분사성 조성물 첨가제에 의해 분산액의 안정성이 영향받는지 여부를 결정하기 위해 수행되었다. 금속 산화물 나노입자 (세슘 텅스텐) 산화물은 스미토모 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄파니(Sumitomo Mining and Manufacturing Company) (약칭, 스미토모)로부터 물 중의 분산액으로서 분쇄된 형태로 얻었다. 입수된 그대로의 산화 세슘 텅스텐 산화물 분산액은 어떠한 안정화 첨가제도 함유하지 않았으며, 분산액 중의 입자의 부피-가중 평균 직경은 5nm로 결정되었다. 상기 세슘 텅스텐 산화물 분산액을 14 가지의 상이한 제형 (F1 내지 F14)에 혼입시켰다. 각 제형은 8 중량%의 세슘 텅스텐 산화물 나노입자를 함유하였다. 세슘 텅스텐 산화물 8 중량% 이외의 각 제형의 일반적인 성분을 표 1에 나타내었다. 각각의 제형은 밀폐된 바이알 내에서 60℃의 온도에서 가속된 보관 (AS) 환경에서 19 일 동안 보관되었다. 입자 크기 (부피-가중 평균 직경) 및 제형의 외관을 시간에 따라 추적하였다. 제형을 AS 환경에 보관한 후의 입자 크기 및 제형 외관 결과를 표 1에 나타내었다. 2 개의 층으로 상분리된 제형 또는 세슘 텅스텐 산화물이 침전된 제형에 대한 입자 크기는 기록되지 않았다.
ID 제형 외관 입자 크기
(MV, nm)
F1 2-피롤리디논 20.00 중량%
크로다포스(등록상표) O3A 0.50 중량%
서피놀(등록상표) SEF 0.75 중량%
캡스톤(등록상표) FS-35 0.05 중량%
카르보스퍼스(등록상표) K-7028 0.01 중량%
트릴론(등록상표) M 0.04 중량%
프록셀(등록상표) GXL 0.18 중량%
코르덱(등록상표) MLX 0.14 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물 		상 분리됨, 2 층 -
F2 2-피롤리디논 32.00 중량%
2-메틸-1,3-프로판디올 18.00 중량%
터지톨(등록상표) 15S7 1.90 중량%
캡스톤(등록상표) FS-35 0.82 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 느슨한 겔 126
F3 베타인 (즉, C2 베타인) 10 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 안정함 4.3
F4 트리스 완충액 1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 상 분리됨, 2 층 -
F5 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 크레이 밸리 캄파니(Cray Valley Company) 제품 5 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 즉시 상 분리됨 -
F6 플로콰트(등록상표) 2350 중합체 (SNF) 4 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 즉시 침전됨 -
F7 트리에탄올아민 3 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 상 분리됨, 2 층 -
F8 2-(N-모폴리노)에탄설폰산(완충액) 1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 느슨한 겔 46
F9 코르덱(등록상표) 0.1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 안정함 5
F10 프록셀(등록상표) GXL 0.1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 바닥부에서 느슨하게 침전됨 12
F11 트릴론(등록상표) M 1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 즉시 침전됨 -
F12 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈 50 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 느슨한 겔 35
F13 2-피롤리디논 50 중량%
터지톨(등록상표) 15S30 0.1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 느슨한 겔 78
F14 1-(2-하이드록시에틸)2-피롤리돈 50 중량%
터지톨(등록상표) 15S30 0.1 중량%
세슘 텅스텐 산화물 8 중량%
잔여량의 물		 느슨한 겔 43
표 1에 나타낸 바와 같이, 세슘 텅스텐 산화물 분산액은 쯔비터이온성 안정화제의 일례인 베타인 함유 제형 F3에서 안정하였다. 표 1의 결과는, 세슘 텅스텐 산화물 분산액이, 시험된 다른 용매 및 첨가제 사용시 상대적으로 열등한 안정성을 나타냄을 보여준다. 코르덱(등록상표)을 단독으로 함유하는 제형 F9는 안정적이었지만, 다른 분사가능한 구성 성분 (즉, 코르덱 DEK(등록상표)을 2-피롤리디논, 크로다포스(등록상표) O3A, 서피놀(등록상표) SEF, 캡스톤(등록상표) FS-35, 카르보스퍼스(등록상표) K-7028 , 트릴론(등록상표) M 및 프록셀(등록상표) GXL)과 함께 함유하는 F1은 두 개의 층으로 상분리되었다.
실시예 2
쯔비터이온성 안정화제로서 베타인을 사용하여 분사가능한 조성물의 7 가지 예(잉크 2, 잉크 3, 잉크 4, 잉크 5, 잉크 6, 잉크 8 및 잉크 10으로 지정됨)를 제조하였다. 4 개의 비교용의 분사가능한 조성물 (잉크 1, 잉크 7, 잉크 9 및 잉크 11로 지정됨)을 또한 제조하였다. 비교용의 분사가능한 조성물은 안정화제를 함유하지 않았다. 실시예 및 비교용의 분사가능한 조성물의 일반적인 제형을, 사용된 각 성분의 중량%와 함께, 표 2에 나타내었다.
성분 잉크 1 잉크 2 잉크 3 잉크 4 잉크 5 잉크 6 잉크 7 잉크 8 잉크 9 잉크 10 잉크 11
1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈 50 45 40 30 20 0 20 0 10 10 0
베타인 0 5 10 15 20 20 0 33 0 10 0
세슘 텅스텐 산화물 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
물 42 42 42 47 52 72 72 59 82 72 92
각각의 실시예 및 비교용의 분사가능한 조성물은 AS 환경에서 60℃의 온도로 보관되었다. 각각의 실시예 및 비교용의 분사가능한 조성물에 대한 부피-가중 평균 직경 면에서의 입자 크기는 제조 직후(0 주) 및 AS 환경에서 1, 2 및 4 주 후 측정되었다. 제조 직후 및 AS 환경에서의 4 주 후의 입자 크기를 사용하여 각각의 실시예 및 비교용의 분사가능한 조성물에 대해 입자 크기 차이가 계산되었다. 제조 직후, 및 AS 환경에서의 1 주, 2 주 및 4 주 후의 입자 크기 및 상기 입자 크기 차이를 표 3에 나타내었다. 잉크 9의 경우, AS 환경에서 4 주 후의 입자 크기는 기록되지 않았는데, 그 이유는 세슘 텅스텐 산화물 입자가 침강되었기 때문이었다.
분사가능한 조성물 ID 제조 직후의 입자 크기
(MV, nm) 		AS에서 1주 후의 입자 크기
(MV, nm) 		AS에서 2주 후의입자 크기
(MV, nm) 		AS에서 4주 후의 입자 크기 (MV, nm) 입자 크기 차이 (0주/4주)
잉크 1 5.89 6.73 20.35 55.2 49.31
잉크 2 5.14 5.36 5.97 22.45 17.31
잉크 3 5.86 4.86 5.06 5.51 -0.35
잉크 4 4.68 4.31 4.76 4.63 -0.05
잉크 5 5.74 3.96 4.26 4.4 -1.34
잉크 6 4.9 3.74 4.27 4.1 -0.8
잉크 7 5.61 6.63 7.53 85.2 79.59
잉크 8 5.56 3.4 3.65 3.73 -1.83
잉크 9 5.94 6.23 7.11 N/A N/A
잉크 10 6.24 4.49 4.88 6.5 0.26
잉크 11 6.29 5.8 6.81 8.47 2.18
표 3에 나타낸 결과는, 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈 단독으로는 세슘 텅스텐 산화물 분산액을 불안정하게 만들고, 베타인은 세슘 텅스텐 산화물 분산액을 안정화시킨다는 것을 나타낸다 (예를 들어, 잉크 1, 7 및 9를 잉크 6 및 8과 비교함). 표 3의 결과는, 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈 및 베타인의 조합물이 사용되는 경우, 베타인이 적어도 10 중량%의 양으로 존재할 때 더 우수한 안정화가 얻어짐을 보여준다. 표 3은 또한, 적어도 10 중량%의 베타인 (이는, 베타인 대 세슘 텅스텐 산화물의 중량비 적어도 1:1에 해당함)을 함유한 예시적 분사가능한 조성물이 4 주 후에 1% 이하의 입자 크기 변화를 갖는다는 것을 보여준다.
실시예 3
쯔비터이온성 안정화제로서 베타-알라닌 또는 베타인을 사용하여, 분사가능한 조성물의 또 다른 7 가지 예(잉크 12 내지 18로 지정됨)를 제조하였다. 잉크 15 및 16은 세슘 텅스텐 산화물을 분쇄하는 동안 베타-알라닌을 첨가하여 제조하였다. 세슘 텅스텐 산화물을 분쇄한 후 베타-알라닌을 첨가하여 잉크 12, 13, 14 및 18을 제조하였다. 잉크 17은 세슘 텅스텐 산화물을 분쇄한 후 베타인을 첨가하여 제조하였다. 예시적인 분사가능한 조성물의 일반적인 제형을, 사용된 각 성분의 중량%와 함께 표 4에 나타내었다.
성분 잉크 12 잉크 13 잉크 14 잉크 15 잉크 16 잉크 17 잉크 18
세슘 텅스텐 산화물 8 8 8 8 8 8 8
2-피롤리디논 20 20 20 20 20 20 20
크로다포스(등록상표) O3A 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
서피놀(등록상표) SEF 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75
카르보스퍼스(등록상표) k-7028 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
다우팍스(등록상표) 8390 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
트릴론(등록상표) m 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
프록셀(등록상표) gxl 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
코르덱(등록상표) mlx 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14
베타-알라닌 3 5 8 4 2 0 5
베타인 0 0 0 0 0 8 0
물 잔여량 잔여량 잔여량 잔여량 잔여량 잔여량 잔여량
각각의 예시적인 분사가능한 조성물은 AS 환경에서 60℃의 온도로 보관되었다. 각각의 분사가능한 조성물에 대한 세슘 텅스텐 산화물 나노입자의 부피-가중 평균 직경을, 제조 후, 및 AS 환경에서 1, 2, 4 및 6 주 후에 측정하였다.
부피-가중 평균 직경 값 (MV, μm)은 Y 축을 따라 나타내고, X 축은 분사가능한 조성물을 나타낸다 (각 분사가능한 조성물에 대한 좌측에서 우측으로의 막대들은 AS에서 0 주, 1 주, 2 주, 4 주 및 6 주 후의 각각의 분사가능한 조성물을 나타낸다. 도 1은 베타-알라닌이 베타인보다 더 낮은 중량%에서 (및 더 낮은 중량비로) 세슘 텅스텐 산화물을 안정화시킬 수 있음을 보여준다. 도 1은 또한, 베타-알라닌 및 베타인 모두가, 용매 및 첨가제의 존재하에 상기 분사가능한 조성물의 예에서 세슘 텅스텐 산화물 성장을 안정화시킬 수 있음을 보여준다. 잉크 16 및 17은 약 1 주 동안 안정화 작용을 제공할 수 있었고, 잉크 12는 약 2 주 동안 안정화 작용을 제공할 수 있었고; 잉크 13, 15 및 18은 약 4 주 동안 안정화 작용을 제공할 수 있었고; 잉크 14는 약 6 주 동안 안정화 작용을 제공할 수 있었다. 카르보스퍼스 K-7028이 잉크 12 내지 18의 제형에 포함되었지만, 그의 존재는 분사가능한 조성물의 안정화에 영향을 주지 않는다고 여겨진다.
실시예 4
분사가능한 조성물의 또 다른 두 가지 예(잉크 19 및 20으로 지정됨)는 쯔비터이온성 안정화제로서 베타인을 사용하여 제조되었다. 예시적인 분사가능한 조성물의 일반적인 제형을, 사용된 각 성분의 중량%와 함께 표 5에 나타내었다.
성분 잉크 19 잉크 20
1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈 25 25
터지톨(등록상표) 15S30 0.2 0.2
베타인 10 1
세슘 텅스텐 산화물 8 8
물 잔여량 잔여량
각각의 예시적인 분사가능한 조성물은 AS 환경에서 60℃의 온도로 보관되었다. 각각의 분사가능한 조성물의 입자 크기는, 제조 후, 및 AS 환경에서 1 주 후 및 2 주 후 측정되었다. 본 실시예에서는, 부피-가중 평균 직경 (MV, μm 단위), 50% (D50, 입자의 50%가 이 크기보다 작음)(μm 단위), 95% (D95, 입자의 95%가 이 크기보다 작음)(μm 단위), mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수, mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수를 비롯한 몇 가지의 입자 크기 측정을 수행하였다. 제조 후 및 AS 환경에서의 2 주 후의 입자 크기를 사용하여 각 분사가능한 조성물에 대해 입자 크기 변화를 계산하였다. 잉크 19에 대한 입자 크기 측정 결과를 표 6에 나타내었고, 잉크 20에 대한 입자 크기 측정 결과를 표 7에 나타내었다.
입자 크기 제조 후 1주 AS 후 2주 AS 후 2주 AS 후의 변화 (%)
MV (㎛ 단위) 0.0061 0.0048 0.0047 0.78
50% (㎛ 단위) 0.0049 0.0040 0.0039 0.78
95% (㎛ 단위) 0.0121 0.0098 0.0097 0.81
mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수 14,600,000 12,300,000 12,700,000 0.87
mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수 146,000 171,000 169,000 1.16
입자 크기 제조 후 1주 AS 후 2주 AS 후 2주 AS 후의 변화 (%)
MV (㎛ 단위) 0.0065 0.0086 0.0093 1.43
50% (㎛ 단위) 0.0052 0.0067 0.0071 1.36
95% (㎛ 단위) 0.0013 0.0176 0.0195 14.50
mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수 9,930,000 10,600,000 10,700,000 1.08
mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수 208,000 287,000 373,000 1.80
표 6 및 7은, 10 중량% 베타인 (베타인과 세슘 텅스텐 산화물의 중량비 1.25:1에 상응함)을 함유하는 잉크 19가 1 중량% 베타인 (베타인과 세슘 텅스텐 산화물의 중량비 1:8에 상응함)을 함유하는 잉크 20보다 세슘 텅스텐 산화물을 더 우수하게 안정화시킴을 보여준다.
잉크 19 및 20 (1:500 배 물 희석액)을 또한, 제조 후 및 AS 환경에서 60℃에서 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7 주 후에 1000 nm의 파장에서의 흡광도에 대해 시험하였다. 흡광도 측정 결과는 도 2에 나와 있다. 흡광도 값은 Y 축을 따라 나타내었고 X 축은 분사가능한 조성물이 AS 환경에 보관된 시간(주)을 나타낸다. 도 2는 잉크 19의 베타인 농도가 높을수록 흡광도가 감소하는 것을 보여준다 (잉크 20과 비교시에).
실시예 5
20 중량%의 세슘 텅스텐 산화물을 함유하고 안정화 첨가제를 함유하지 않는 세슘 텅스텐 산화물 분산액을 수득하였다. 첫 번째 분산액(분산액 1로 지정됨)에서는 변화가 없었다. 물 20 중량%를 제 2 분산액 (분산액 2로 지정됨)에 첨가하였다. 건조 베타-알라닌 20 중량%를, 베타-알라닌이 완전히 용해될 때까지 일정한 분쇄 하에 제 3 분산액 (분산액 3으로 지정됨)에 첨가하였다. 최종 분산액의 일반적인 제형을, 사용된 각 성분의 중량%와 함께 하기 표 8에 나타내었다.
성분 분산액 1 분산액 2 분산액 3
세슘 텅스텐 산화물 20 16 16
베타-알라닌 0 0 20
물 잔여량 잔여량 잔여량
각각의 분산액을 T-사이클에 투입하였다. T-사이클 동안, 각각의 분산액을 70℃의 고온으로 가열하고 몇 분 동안 유지한 다음, 각각의 분산액을 -40℃의 저온으로 냉각시키고 몇 분 동안 유지시켰다. 이 공정을 각 분산액에 대해 5 사이클 반복하였다. 각 분산액에 대해 T-사이클 전후에, 점도, pH 및 입자 크기 (μm 단위의 MV, μm 단위의 50%, μm 단위의 95%, mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수, 및 mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수)를 측정하고, 각 측정 세트에 대한 변화 비율 (후/전)을 계산하였다. 분산액 1의 결과를 표 9에, 분산액 2의 결과를 표 10에, 분산액 3의 결과를 표 11에 나타내었다.
측정 T-사이클 전 T-사이클 후 비율
점도 (cP 단위) 1.5 0.8 0.5
pH 4.22 4.42 n/a
MV (㎛ 단위) 0.00341 0.0475 13.9
50% (㎛ 단위) 0.00280 0.02653 9.5
95% (㎛ 단위) 0.00686 0.1573 22.9
mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수 13,700,000 341,000,000 25.0
mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수 59,700 11,800,000 198.3
측정 T-사이클 전 T-사이클 후 비율
점도 (cP 단위) 1.3 0.8 0.6
pH 4.36 4.42 n/a
MV (㎛ 단위) 0.00372 0.01833 4.9
50% (㎛ 단위) 0.00337 0.01233 3.7
95% (㎛ 단위) 0.00752 0.0510 6.8
mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수 11,600,000 548,000,000 47.3
mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수 54,000 27,400,000 506.9
측정 T-사이클 전 T-사이클 후 비율
점도 (cP 단위) 3.0 3.1 1.0
pH 6.64 6.64 n/a
MV (㎛ 단위) 0.00274 0.00212 0.8
50% (㎛ 단위) 0.00224 0.00174 0.8
95% (㎛ 단위) 0.00558 0.00424 0.8
mL 당 0.5 μm 이상인 입자의 총 개수 15,900,000 22,800,000 1.4
mL 당 1 μm 이상인 입자의 총 개수 5,150,000 4,570,000 0.9
표 9 내지 11은 20 중량%의 베타-알라닌을 함유하는 분산액 3이 분산액 1 및 2에 비해 개선된 안정화 특성을 가짐을 보여준다. 분산액 3의 개선된 안정화는 분산액의 외관에서도 나타났다. 분산액 3은 하나의 상으로 유지되고, 분산액 1 및 2는 두 개의 층으로 분리되었다. 분산액 1 및 2에 대한 T-사이클 후의 점도 측정 값은 분리된 분산액의 상부층에 대한 것이었다.
실시예 6
8 중량% (염 첨가 전)의 세슘 텅스텐 산화물을 함유하고 안정화 첨가제를 함유하지 않는 분산액 중의 세슘 텅스텐 산화물의 부피-가중 평균 직경 (MV, ㎚)에 대해 소량의 염 (NaNO3)의 첨가가 미치는 영향을 시험하였다. 부피-가중 평균 직경에 미치는 영향은 염 첨가 직후 및 60℃ AS 환경에서 2 일 후 측정되었다. 분산액 중의 세슘 텅스텐 산화물의 입자 크기를 측정하였다. 이러한 측정 결과는 도 3에 나와 있다. 부피-가중 평균 직경 값 (MV, nm)은 Y 축에 따라 나타내었고, X 축은 분산액에 첨가된 NaNO3 (M)의 양을 나타낸다. 도 3은 세슘 텅스텐 산화물에 0.002M 초과의 1가 양이온 염이 존재하면, 측정된 입자 크기가 거의 즉시 증가함을 보여준다. 따라서, 도 3은, 염 충격(salt shock) 시험이, 세슘 텅스텐 산화물 분산 안정성을 향상시키는 능력에 대해 첨가제를 시험하는 매우 효율적인 방법임을 나타낸다.
3 개의 추가의 세슘 텅스텐 산화물 분산액 (분산액 4 내지 6으로 지정됨)을 제조하였다. 염을 첨가하기 전의 분산액의 일반적인 제형을, 사용된 각 성분의 중량%와 함께 하기 표 12에 나타내었다.
성분 분산액 4 분산액 5 분산액 6
세슘 텅스텐 산화물 8 8 8
베타인 0 4 8
물 잔여량 잔여량 잔여량
그 후, NaNO3 스톡 용액을 점진적으로 첨가하고 (0.005M, 0.01M 및 0.02M의 농도를 달성함), 이어서 분산액을 초음파 처리하였다. 다시, 분산액 중의 세슘 텅스텐 산화물의 입자 크기를 측정하였다. 이러한 측정의 결과는 도 4에 나와 있다. 부피-가중 평균 직경 값 (MV, nm)은 Y 축에 나타내었고 X 축은 분산액에 첨가된 NaNO3 (M)의 양을 나타낸다. 도 4는 분산액 5 (베타인 대 세슘 텅스텐 산화물 1:2 중량비에 상응함) 및 분산액 6 (베타인 대 세슘 텅스텐 산화물 1:1 중량비에 상응함)가 모두 0.005M의 농도 이하의 NaNO3를 용인할 수 있음을 보여준다. 도 4는 추가로, NaNO3 농도가 0.01M에 가까울 때 분산액 6이 불안정화의 징후를 보이기 시작함을 보여준다.
3 개의 세슘 텅스텐 산화물 분산액 (분산액 7 내지 9로 지정됨)을 추가로 제조하였다. 염을 첨가하기 전의 분산액의 일반적인 제형을 사용된 각 성분의 중량%와 함께 하기 표 13에 나타내었다.
성분 분산액 7 분산액 8 분산액 9
세슘 텅스텐 산화물 8 8 8
베타인 0 8 0
베타-알라닌 0 0 8
물 잔여량 잔여량 잔여량
그 다음, NaNO3 스톡 용액을 점진적으로 첨가하고 이어서 분산액을 초음파 처리하였다. 다시, 분산액 중의 세슘 텅스텐 산화물의 입자 크기를 측정하였다. 이러한 측정의 결과는 도 5에 나와 있다. 부피-가중 평균 직경 값 (MV, nm)은 Y 축을 따르고, X 축은 분산액에 첨가된 NaNO3 (M)의 양을 나타낸다. 도 5는 분산액 9 (베타-알라닌 대 세슘 텅스텐 산화물 1:1 중량비에 해당함)가 0.003M 이하의 NaNO3를 견딜 수 있음을 보여준다.
실시예 7
50 중량%의 세슘 텅스텐 산화물을 함유하는 예비 분쇄된 세슘 텅스텐 산화물 농축물을 얻었다. 평균 입자 크기 (호리바(HORIBA)(등록상표) LA-950 입자 크기 분석기를 사용하여 측정됨)는 약 35μm이었다. 3 개의 추가의 세슘 텅스텐 산화물 분산액 (분산액 10 내지 12로 지정됨)을 제조하였다. 분산액의 일반적인 제형을, 각 성분의 중량%와 함께 하기 표 14에 나타내었다.
성분 분산액 10 분산액 11 분산액 12
세슘 텅스텐 산화물 20 20 20
베타-알라닌 0 25 50
물 잔여량 잔여량 잔여량
그 다음, 미니서(MINICER)(등록상표) 비드 밀 (네취 (Netzch)로부터 입수가능) 및 300㎛ 지르코니아 및 YTZ(등록상표) 비드를 사용하여 1750rpm의 로터 속도로 500g의 각각의 분산액을 밀링하였다. 밀링의 지속 시간은 분산액 10의 경우 150 분이었고, 분산액 11 및 12의 경우 180 분이었다. 0 분, 30 분, 60 분, 90 분, 120 분 및 150 분 동안 분쇄한 후 각각의 분산액에 대해 세슘 텅스텐 산화물의 D95 입자 크기를 측정하였다. 분산액 10에 대한 세슘 텅스텐 산화물의 D95 입자 크기를 180 분 후에 측정하였다. 이 측정 결과는 도 6에 나와 있다. D95 입자 크기 값 (nm)은 Y 축을 따르고 X 축은 밀링 시간 (분)을 나타낸다. 도 6은, 분산액 10이 분쇄 180 분 후에 여전히 D95 입자 크기가 111 nm인 반면, 분산액 11은 분쇄 150 분 후에 D95 입자 크기가 17.5 nm이고 분산액 12는 분쇄 150 분 후에 18.9 nm의 D95 입자 크기를 가짐을 보여준다. 또한, 분쇄 후 각각의 분산액에 대해 세슘 텅스텐 산화물의 부피-가중 평균 직경을 측정하였다. 분산액 10의 부피-가중 평균 직경은 분쇄 180 분 후에 약 25 nm였다. 분산액 11의 부피-가중 평균 직경은 분쇄 150 분 후에 약 9.9 nm이었고, 분산액 12의 부피-가중 평균 직경은 분쇄 150 분 후에 약 10.1 nm이었다. 따라서, 베타-알라닌의 존재는 세슘 텅스텐 산화물의 부피-가중 평균 직경과 D95 입자 크기 둘다를 상당히 감소시켰다.
본원에 개시된 실시예 5 내지 7의 세슘 텅스텐 산화물 분산액은 본원에 개시된 분사가능한 조성물의 예에 혼입될 때, 이들 실시예에서와 동일한 방식으로 또는 실질적으로 유사한 방식으로 거동한다고 믿어진다.
본원에서 제공된 범위는 기술된 범위 및 명시된 범위 내의 임의의 값 또는 하위 범위를 포함하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 약 2 중량% 내지 약 35 중량%의 범위는 약 2 중량% 내지 약 35 중량%의 명시적으로 언급된 한계뿐만 아니라 개별 값, 예컨대 3.35 중량%, 5.5 중량%, 17.75 중량%, 28.85 중량% 등 및 하위 범위, 예컨대 약 3.35 중량% 내지 약 16.5 중량%, 약 2.5 중량% 내지 약 27.7 중량% 등을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 값을 기술하는 데 "약"이 사용되는 경우, 이는 명시된 값에서 약간의 편차(최대 ± 10%)를 포함한다.
본원 전체에 걸쳐 "일례", "다른 예", "예" 등은, 예와 관련하여 기술된 특정 요소 (예를 들어, 특징부, 구조 및/또는 특성)가 여기에 기술된 적어도 하나의 예에 포함되며, 다른 예들에 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대한 설명된 요소들은, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 다양한 예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 개시된 예를 기술하고 청구할 때, 단수 형태는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 몇몇 예가 상세히 설명되었지만, 개시된 예가 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 전술한 설명은 비제한적인 것으로 고려된다.

Claims (15)

  1. a. 하기 화학식 (1)을 갖는 금속 산화물 나노입자:
    MmM'On (1)
    [여기서,
    i. M은 알칼리 금속이고,
    ii. m은 0보다 크고 1보다 작고,
    iii. M'은 임의의 금속이고,
    iv. n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음];
    b. 쯔비터이온성(zwitterionic) 안정화제; 및
    c. 잔여량의 물
    을 포함하는 분산액으로서,
    상기 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 적어도 10 g인 C2 내지 C8 아미노-카복실산, 타우린 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 분산액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    금속 산화물 나노입자는 750 nm 내지 2300 nm 범위의 적외선을 흡수하는, 분산액.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서 M은 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (Rb), 세슘(Cs), 또는 이들의 혼합물인, 분산액.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서, M은 세슘 (Cs)인, 분산액.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서, M'은 텅스텐 (W), 몰리브덴 (Mb), 탄탈륨 (Ta), 하프늄 (Hf), 세륨(Ce), 란타늄 (La) 또는 이들의 혼합물인, 분산액.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서, M'은 텅스텐 (W)인, 분산액.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서, M'은 텅스텐 (W)이고, n은 3이고, M은 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 K), 루비듐 (Rb), 세슘 (Cs) 또는 이들의 혼합물인, 분산액.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 (1) MmM'On의 금속 산화물 나노입자에서, M이 세슘 (Cs)이고, m이 0.33이고, M'이 텅스텐 (W)이고, n이 0보다 크고 3보다 작거나 같은, 분산액.
  9. 제 1 항에 있어서,
    금속 산화물 나노입자 대 쯔비터이온성 안정화제의 중량비가 1:10 내지 10:1의 범위인, 분산액.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 베타인이고 분산액의 총 중량%의 8 중량% 내지 35 중량% 범위의 양으로 존재하는, 분산액.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 쯔비터이온성 안정화제가 베타-알라닌, 감마-아미노부티르산, 글리신 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 C2 내지 C8 아미노-카복실산이고, C2 내지 C8 아미노-카복실산은 분산액의 총 중량%의 2 중량% 내지 20 중량% 범위의 양으로 존재하는, 분산액.
  13. a. 하기 화학식 (1)을 갖는 금속 산화물 나노입자:
    MmM'On (1)
    [여기서,
    i. M은 알칼리 금속이고,
    ii. m은 0보다 크고 1보다 작고,
    iii. M'은 임의의 금속이고,
    iv. n은 0보다 크고 4보다 작거나 같음];
    b. 쯔비터이온성 안정화제;
    c. 계면활성제; 및
    d. 잔여량의 물
    을 포함하는 분사가능한(jettable) 조성물로서,
    상기 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 적어도 10 g인 C2 내지 C8 아미노-카복실산, 타우린 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 분사가능한 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    분사가능한 조성물의 총 중량% 기준으로
    a. 금속 산화물 나노입자는 1 중량% 내지 15 중량% 범위의 양으로 존재하며;
    b. 쯔비터이온성 안정화제는 2 중량% 내지 35 중량% 범위의 양으로 존재하며;
    c. 계면활성제는 0.1 중량% 내지 4 중량% 범위의 양으로 존재하며;
    d. 공용매가 2 중량% 내지 80 중량% 범위의 양으로 존재하는, 분사가능한 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    항-코게이션제(anti-kogation agent), 킬레이트제, 항균제 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함하며, 이때 상기 첨가제는 분사가능한 조성물의 총 중량%를 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량% 범위의 양으로 존재하는, 분사가능한 조성물.
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