KR20180091933A - 양자점을 갖는 입자를 포함하는 물품 - Google Patents

양자점을 갖는 입자를 포함하는 물품 Download PDF

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KR20180091933A
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켄톤 디 버드
자이-밍 치우
마흐무트 아크시트
니라즈 샤르마
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

Tg가 20oC 초과인 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스 중의 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어(composite core) 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점(quantum dot)을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피%의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터인 물품. 본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 디스플레이 응용, 예컨대 필름, LED 캡, LED 코팅, LED 렌즈, 및 도광체에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 보안 응용과 같은 비-디스플레이 응용에 사용될 수 있는데, 보안 응용에서는 양자점 인광체가, 선택 또는 조정된 파장으로서 형광을 제공하는 데 사용된다. 그러한 용도에서, 유기 중합체 매트릭스는 라벨 또는 라벨 상의 코팅, 또는 다른 물품, 예컨대 카드 또는 태그일 수 있다.

Description

양자점을 갖는 입자를 포함하는 물품
관련 출원의 상호참조
본 출원은 2015년 12월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/273888호의 이익을 주장하며, 이의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
배경기술
CdSe 또는 InP와 같은 발광 반도체 나노입자 ("양자점(quantum dot)"으로도 알려짐)는 인광체 재료로서 유용하다. 양자점의 용도는 액정 디스플레이 (LCD)용 백라이트를 포함한다. 단파장 발광 다이오드 (LED)로부터의 광은 양자점에 의해 원하는 가시 파장들로 변환된다. 예를 들어, 백라이트는 청색 발광 LED, 및 청색광의 일부를 흡수하는 적색 및 녹색 발광 양자점을 포함할 수 있다. 양자점은 좁은 발광 피크들을 생성하여, 높은 색역(color gamut)을 갖는 디스플레이가 되게 하는 데 사용될 수 있다. 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)는 양자점 발광체를 사용하는 원격 인광체 확산 필름 제품 (QDEF) (quantum dot enhancement film, 양자점 향상 필름)을 시판하고 있다. 이 제품에서의 양자점은 중합체 매트릭스 내에 매설되어 있으며, 중합체 매트릭스는 산소 및 수증기와 같은 대기 중 성분으로부터 양자점을 보호하기 위하여 2개의 고 배리어 필름 시트 사이에 개재되어 있다. 각각의 고 배리어 필름 시트는 고 배리어 박막 금속 산화물 코팅을 갖는다.
일 태양에서, 본 발명은, Tg가 20oC 초과 (일부 실시 형태에서는, 25oC 초과, 또는 심지어 30oC 초과; 20oC 내지 120oC의 범위)인 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스 중의 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅 (예를 들어, 양자점에 의해 방출되는 광 에너지 (즉, 460 nm 내지 720 nm 범위의 파장)의 20% 미만을 흡수하는 광학 비흡수성 재료)을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)인 물품을 기재한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 적어도 하나의 폴리티올, 적어도 하나의 폴리알켄, 및 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅 (예를 들어, 양자점에 의해 방출되는 광 에너지 (즉, 460 nm 내지 720 nm 범위의 파장)의 20% 미만을 흡수하는 광학 비흡수성 재료)을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)인 경화성 조성물을 제공한다.
일부 실시 형태에서, 티올-알켄 중합체 매트릭스는 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄 (폴리알케닐 화합물)의 경화된 반응 생성물이며, 폴리티올 및 폴리알켄은 둘 모두 작용성이 적어도 2이다 (일부 실시 형태에서, 이들 중에는 2 초과의 작용성을 갖는 것이 있다).
본 명세서에 사용되는 바와 같이,
"티올-알켄"은 적어도 2개의 티올 (-SH) 기를 갖는 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 2개의 알케닐 기 (또는 탄소-탄소 이중 결합)를 갖는 적어도 하나의 폴리알켄 화합물의 미경화 또는 경화된 반응 혼합물을 지칭하며, 폴리알켄은 폴리아크릴레이트 단량체 및 폴리메타크릴레이트 단량체로부터 배제되지만, 이들의 작은 부분 (예컨대, 20 중량% 미만)이 폴리알켄과 블렌딩될 수 있다.
"알킬"은 선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형 포화 1가 탄화수소를 의미하고;
"알킬렌"은 선형 또는 분지형 불포화 2가 탄화수소를 의미하고;
"알케닐"은 선형 또는 분지형 불포화 탄화수소를 의미하고;
"아릴"은 1가 방향족 (예를 들어, 페닐 및 나프틸)을 의미하고;
"아릴렌"은 다가 방향족 (예를 들어, 페닐렌 및 나프탈렌)을 의미하고;
"아르알킬렌"은 상기에 정의된 기의 알킬렌에 아릴 기가 부착된 기 (예를 들어, 벤질 및 1-나프틸에틸)를 의미한다.
"(헤테로)하이드로카르빌"은 하이드로카르빌 알킬 및 아릴 기와, (헤테로)하이드로카르빌 헤테로알킬 및 헤테로아릴 기를 포함하며, 후자는 에테르 또는 아미노 기와 같이 적어도 하나의 카테나형(catenary) (사슬형(in-chain)) 헤테로원자를 포함한다. (헤테로)하이드로카르빌은 에스테르, 아미드, 우레아, 우레탄, 및 카르보네이트 작용기를 포함한 하나 이상의 카테나형 (사슬형) 작용기를 선택적으로 함유할 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 비중합체 (헤테로)하이드로카르빌 기는 전형적으로 1 내지 60개의 탄소 원자를 함유한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 그러한 (헤테로)하이드로카르빌의 일부 예에는, 상기에서 "알킬", "헤테로알킬", 및 "아릴"에 대해 기재된 것들에 더하여, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 4-다이페닐아미노부틸, 2-(2'-페녹시에톡시)에틸, 3,6-다이옥사헵틸, 3,6-다이옥사헥실-6-페닐이 포함된다.
"소수성"은 표면 상에 물을 확산시키는 데 있어서 에너지적으로 불리한 표면 (즉, 그것은 에너지를 필요로 함)을 의미한다. 소수성 재료의 벌크한 매끄러운 표면은 접촉각이 90도 초과일 것이다. 그러한 특성은 당업계에 알려져 있으며, 소수성을 부여하는 것으로 알려진 소정의 화학 원소 (이른바, 소수성 기)를 갖는 표면과 관련되어 있다. 소수성 다공성 재료는 침윤에 의해 물을 흡수하지 않을 것이다.
단어 또는 용어 "포함한다" 및 "함유한다" 및 이들의 변형은 이들 용어가 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 청구범위에서 나타날 경우 제한적 의미를 갖지 않는다. 그러한 용어는 언급된 단계 또는 요소 또는 단계들 또는 요소들의 군을 포함하지만, 임의의 다른 단계 또는 요소 또는 단계들 또는 요소들의 군을 배제하지 않음을 시사하는 것으로 이해될 것이다. "~로 이루어진"은 어구 "~로 이루어진" 앞에 오는 것은 무엇이든 포함하며 그로 한정됨을 의미한다. 따라서, 어구 "~로 이루어진"은 열거된 요소들이 필요하거나 필수적이고, 다른 요소들은 전혀 존재하지 않을 수 있음을 나타낸다. "~로 본질적으로 이루어진"은 어구 앞에 열거된 임의의 요소들을 포함하며 열거된 요소들에 대해서 본 명세서에 명시된 활성 또는 작용을 방해하거나 그에 기여하지 않는 다른 요소들에 제한됨을 의미한다. 따라서, 어구 "~로 본질적으로 이루어진"은 열거된 요소가 필요하거나 필수적이지만, 다른 요소가 임의적이고, 그것이 열거된 요소의 움직임 또는 동작에 실질적으로 영향을 미치는지 여부에 따라 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 나타낸다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"은, 소정 상황 하에서, 소정 이익을 줄 수 있는 본 발명의 청구 대상(claim)을 지칭한다. 그러나, 동일한 상황 또는 다른 상황 하에서, 다른 청구 대상이 또한 바람직할 수 있다. 나아가, 하나 이상의 바람직한 청구 대상의 언급은 다른 청구 대상이 유용하지 않다는 것을 암시하지 않으며, 다른 청구 대상을 본 발명의 범주로부터 배제하고자 하는 것은 아니다.
단수형("a", "an" 및 "the")과 같은 용어는 단지 단수형 실체를 말하고자 하는 것이 아니라, 특정 예가 예시에 사용될 수 있는 일반적인 부류를 포함하고자 한다. 용어 부정관사("a", "an") 및 정관사("the")는 용어 "적어도 하나"와 상호교환적으로 사용된다. 목록에 뒤따르는 어구, "~ 중 적어도 하나" 및 "~ 중 적어도 하나를 포함한다"는 목록 내의 임의의 하나의 항목 및 목록 내의 2개 이상의 항목들의 임의의 조합을 지칭한다.
용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명백히 달리 나타내지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 그의 통상적인 의미로 사용된다.
용어 "및/또는"은 열거된 요소들 중 하나 또는 모두, 또는 열거된 요소들 중 임의의 둘 이상의 조합을 의미한다.
모든 수치는 용어 "약"으로, 그리고 소정 실시 형태에서 바람직하게는 용어 "정확하게"로 수식되는 것으로 가정된다. 측정량과 관련하여 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은, 그 측정의 목적 및 사용되는 측정 장비의 정확도에 상응하여 측정을 실시하고 소정 수준으로 주의를 기울이는 당업자에 의해 예측될 수 있는 바와 같은, 측정량에서의 변동을 지칭한다.
본 명세서에서, 숫자 "최대" (예컨대, 최대 50)는 그 숫자 (예컨대, 50)를 포함한다.
종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 인용은 종점들과 더불어 그 범위 이내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함한다).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실온"은 20oC 내지 25oC 또는 22oC 내지 25oC의 온도를 지칭한다.
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시되는 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 하기 설명은 예시적인 실시 형태를 더욱 구체적으로 예시한다. 본 출원 전체에 걸쳐 여러 곳에서, 예들의 목록을 통하여 지침이 제공되며, 이 예들은 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 각각의 경우에, 언급된 목록은 단지 대표적인 군으로서의 역할을 하며, 배타적인 목록으로 해석되어서는 안 된다.
일부 실시 형태에서, 입자 및 티올-알켄 중합체 매트릭스를 포함하는 물품은 공기 안정성 발광 특성을 갖고 (즉, 실시예에서의 주위 온도 수명 시험에 의해 결정될 때, 1000시간 후의 방출 세기가 피크 방출 세기의 적어도 70% (일부 실시 형태에서는, 적어도 80% 또는 심지어 적어도 90%)이고), 또한 실시예에 기재된 주위 온도 및 85℃ 저장 시험에서 높은 안정성을 나타낸다.
캡슐화된 입자는 전형적으로, 상응하는 물품의 작동 (광발광(photoluminescence)) 동안 높은 수준의 안정성 (예를 들어, 방출 효율의 손실이 거의 또는 전혀 없음)을 제공한다. 예를 들어, 필름은 전형적으로 고 배리어 기판을 사용하지 않고서 제조될 수 있고, 그럼에도 여전히, 사용되는 유기 중합체 매트릭스 재료에 관계없이 높은 안정성을 나타낼 수 있다. 그러나, 의외로, 저장 시 분해가 일어날 수 있으며, 이는 심지어, 작동 시에 매우 높은 안정성을 나타내는 물품 (예를 들어, 필름)에 대해서도 그러하다. 본 명세서에 기재된 캡슐화된 입자와 조합하여 티올-알켄 중합체 매트릭스를 포함하는 물품은 크게 개선된 저장 안정성을 나타내는 것으로 확인되었다.
본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 디스플레이 응용, 예컨대 필름, LED 캡, LED 코팅, LED 렌즈, 및 도광체에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 보안 응용과 같은 비-디스플레이 응용에 사용될 수 있는데, 보안 응용에서는 양자점 인광체가, 선택 또는 조정된 파장으로서 형광을 제공하는 데 사용된다. 그러한 용도에서, 유기 중합체 매트릭스는 라벨 또는 라벨 상의 코팅, 또는 다른 물품, 예컨대 카드 또는 태그일 수 있다.
도 1은 본 명세서에 기재된 예시적인 물품의 단면도이다.
도 1a는 도 1에 도시된 예시적인 물품의 단면도이다.
도 1b는, 도 1a에 도시된 예시적인 입자의 일부분을 더 상세히 보여주는 단면도이다.
본 발명은, Tg가 20oC 초과 (일부 실시 형태에서는, 25oC 초과, 또는 심지어 30oC 초과; 20oC 내지 120oC의 범위)인 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스 중의 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅 (예를 들어, 양자점에 의해 방출되는 광 에너지 (즉, 460 nm 내지 720 nm 범위의 파장)의 20% 미만을 흡수하는 광학 비흡수성 재료)을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)인 물품을 기재한다.
도 1, 도 1a, 및 도 1b를 참조하면, 물품(100)은 유기 중합체 매트릭스(102) 중의 본 명세서에 기재된 입자(101)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 입자(101) 및 유기 중합체 매트릭스(102)는 기판들(120, 121) 사이에 배치된다. 입자(101)는 복합 코어(110) 및 연속 비금속 무기 코팅(111)을 갖는다. 복합 코어(110)는 비금속 무기 매트릭스(112), 리간드(113), 및 양자점(114)을 갖는다.
일반적으로, 본 명세서에 기재된 입자는
내부에 분산된 양자점을 갖는 액체를 제공하는 단계;
양자점을 갖는 액체를 다공성 비금속 무기 입자 내로 침윤시키는 단계; 및
침윤된 입자를 연속 비금속 무기 (예를 들어, 광학 비흡수성) 코팅으로 캡슐화하여(encapsulating) 본 명세서에 기재된 입자를 제공하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 내부에 분산된 양자점을 갖는 액체는 최대 50 중량% (일부 실시 형태에서는, 최대 45, 40, 35, 30, 또는 최대 25 중량%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 30 중량%, 5 내지 25 중량%, 또는 심지어 10 내지 20 중량% 범위)의 양자점을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 침윤된 입자를 연속 비금속 무기 코팅으로 캡슐화하는 것은 증착 (화학 증착 (CVD) (대기압 화학 증착 (APCVD), 가수분해 CVD, 및 플라즈마 CVD를 포함함)을 포함함), 원자층 침착 (ALD), 스퍼터링, 또는 증발 중 적어도 하나를 통해 행해지며, 이들은 당업계에 잘 알려진 기법이다.
코팅을 제공하기 위한 증착 기법의 이점은, 코팅이 용매 또는 액체 매체로부터의 방해 없이 분자 크기 화학종으로부터 구축됨을 포함한다. 일부 코팅 방법 (예를 들어, ALD 및 CVD)은 불규칙한 재료 (예를 들어, 분말 또는 다공성 미립자) 상에 등각 층(conformal layer)으로 구성된 코팅을 제공하는 경향이 있다.
ALD 및 CVD는 화학 반응을 수반하는 코팅 공정이며, 여기서는 사용되는 화학 반응물질이 화학 전구체로서 지칭된다. 즉, 이것은, 형성되는 코팅 물질 (예를 들어, 금속 산화물 코팅)에 대한 전구체 (즉, 코팅 전구체)이다. 일부 실시 형태에서는, 단일 코팅 전구체가 사용되고, 한편, 다른 실시 형태에서는 적어도 2가지 코팅 전구체가 사용된다. 적어도 하나의 코팅 전구체는 코팅 (예를 들어, 금속 산화물 코팅)에 필요한 적어도 하나의 금속 양이온을 포함한다.
전구체의 단순 분해 (예를 들어, 열 분해 또는 플라즈마 증강 분해)만으로 코팅을 형성하는 데 충분한 경우에는, 단일 코팅 전구체가 사용될 수 있다. 적어도 하나의 코팅 전구체가 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하고 적어도 하나의 추가 전구체 (즉, 공반응물질)와 화학 반응하여 코팅 (예를 들어, 금속 산화물 코팅)을 형성하는 경우에는, 적어도 2가지 코팅 전구체 (예를 들어, 금속 산화물 전구체)가 사용된다. 추가 코팅 전구체는 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체에 대한 공반응물질이다. 공반응물질(들)은 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체와 화학 반응하여 코팅을 형성한다.
ALD 코팅은 일반적으로, 화학 전구체 (예를 들어, 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체)의 교호 펄스, 전구체의 단일층의 흡수, 과잉 전구체의 제거, 및 공반응물질 (예를 들어, 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체에 대한 공반응물질)의 펄싱(pulsing)을 통해 일시에 침착된 하나의 단일층이다. 그렇기 때문에, 이러한 코팅은 등각이고 균일한 경향이 있다. 대안적으로, 예를 들어, ALD 시스템은 또한 더 두껍고 자가 비제한적(non-self-limiting)인 코팅을 침착시킬 수 있는데, 여기서는 각각의 펄스 또는 사이클 동안 각각의 화학 반응물질의 단일층보다 상당히 더 크게 기판 내로 흡착되고, 훨씬 더 큰 양의 코팅의 침착으로 이어진다.
CVD 코팅은 유사한 화학 반응을 수반할 수 있지만, 양쪽 전구체가 전형적으로 동시에 그리고 연속적으로 공급된다. 코팅되는 분말의 연속 혼합으로 균일성이 향상될 수 있다. 높은 광발광 효율을 갖는 복합 입자의 제조는 양자점 입자를 손상시키지 않는 공정 방법 및 조건을 필요로 한다.
본 명세서에 기재된 입자를 제조하기 위한 특히 효과적인 코팅 방법은 APCVD이다. APCVD는 유리제품(glassware)과 같은 단순 장비에서 수행될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 금속 산화물 코팅을 형성하기 위하여 온화한 온도 (예를 들어, 100℃ 내지 130℃)에서 가수분해 반응이 사용되지만, 일부 가수분해 반응은 약간 더 높은 온도 (예를 들어, 130℃ 내지 220℃)에서도 마찬가지로 수행된다. 게다가, 나노다공성 코어 재료와 조합될 때의 대기압 조건은, 복합 입자 내에 액체를 유지하고, CVD 공정과 관련된 공기, 전구체, 또는 반응 생성물과의 반응으로부터 입자 내의 양자점을 보호하는 데 효과적일 수 있다. APCVD는 휘발성 액체를 함유하는 본 명세서에 기재된 입자의 제조를 용이하게 한다 (즉, 그렇지 않으면, 액체는 일부 다른 공정과 관련된 진공 환경에 노출될 때 휘발되고, 이에 따라 제거될 것이다). ALD 및 CVD 공정을 위한 예시적인 전구체는 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체 (예를 들어, 금속 산화물 전구체), 예컨대 금속 알킬 (예를 들어, 트라이메틸 또는 트라이에틸 알루미늄, 및/또는 다이에틸 아연), 휘발성 금속 염화물 (사염화티타늄, 사염화규소, 및/또는 삼염화알루미늄), 실란, 금속 알콕사이드 (티타늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 및/또는 규소 에톡사이드), 혼합된 알킬, 할라이드, 하이드라이드, 알콕시, 및 다른 기를 갖는 화합물, 및 다른 휘발성 금속유기 화합물을 포함한다. 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체 (예를 들어, 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 금속 산화물 전구체)에 대한 예시적인 공반응물질은 물, 산소, 오존, 암모니아, 및 알킬 아민을 포함한다. 금속 산화물에 더하여, 다른 비금속 무기 코팅 재료가 코팅 전구체와 코팅 전구체에 대한 공반응물질 사이의 화학 반응을 사용하여 침착된다 (예를 들어, 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 금속 질화물 전구체 및 금속 질화물 전구체에 대한 공반응물질을 사용하여 침착된 금속 질화물 코팅).
일부 실시 형태에서, 침윤된 입자를 연속 코팅으로 캡슐화하는 것은 150℃ 미만 (일부 실시 형태에서는, 125℃ 미만)의 온도에서 수행되는 CVD를 통해 행해진다. 일부 실시 형태에서, 침윤된 입자를 연속 코팅으로 캡슐화하는 것은 200℃의 온도를 초과하지 않는 CVD를 통해 행해진다.
일부 실시 형태에서, 침윤된 입자를 비금속 무기 고 배리어 코팅으로 캡슐화하는 것은 적어도 0.5 기압의 압력에서 행해진다.
예시적인 연속 코팅은, 예를 들어 비금속 무기 재료, 예컨대 실리카, 금속 (예를 들어, Al, Si, Ti, Zr, Mg, 및 Zn) 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, 금속 산황화물, 및 금속 산질화물을 포함한다. 예시적인 금속 산화물은 수산화물 및 수화 산화물(hydrous oxide)과 같은 형태, 및 이뿐만 아니라 혼합된 음이온 (예를 들어, 산화물 및 할로겐화물, 하이드록실, 소량의 알킬 또는 카르복실레이트 등)을 갖는 형태를 포함한다. 코팅은 비정질, 결정질, 또는 혼합형; 단상 또는 다상일 수 있고; 하나 이상의 양이온 및 하나 이상의 음이온을 함유할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 코팅은 약간의 하이드록실 또는 결합된 물을 갖거나 갖지 않는 비정질 알루미나이다.
일부 실시 형태에서, 침윤된 입자를 연속 코팅으로 캡슐화하는 것은 APCVD 코팅 공정을 통해 행해지며, 여기서는 트라이메틸 알루미늄 (TMA) 및 물을 사용하여 알루미나 기반 코팅이 제공된다. 각각의 액체 전구체의 버블러를 통해 담체 가스를 유동시킴으로써 전구체가 반응 챔버 내로 도입될 수 있다. 일반적으로, CVD 공정에 전형적인 바와 같이, 각각의 성분에 대한 담체 가스들은 반응 챔버 내로 동시에 그리고 연속적으로 전달된다. 원하는 코팅량 및 코팅 특성을 생성하도록 바람직한 유량 및 유량비가 조정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 어느 것인가의 전구체의 유동은 일정 기간 동안 개별적으로 개시 또는 유지될 수 있으며, 이 기간 동안에 다른 전구체의 유동은 존재하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 전구체의 유동은 공정 전체에 걸쳐 1회 이상 변화 또는 조정될 수 있다. 그러한 변화는 양자점 특성에 대해 가장 덜 유해한 조건의, 그리고 그러한 조건이 상충될 때에는 더 바람직한 코팅 특성을 제공하는 다른 조건의 유리한 사용을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 공반응물질 (예를 들어, 물) 대 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체 (예를 들어, TMA)의 비는 공정에서 후기보다 초기에 더 높다. 다른 실시 형태에서, 공반응물질 (예를 들어, 물) 대 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체의 비는 공정에서 후기보다 초기에 더 낮다. 일부 실시 형태에서, 복합 입자는 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체에 대한 노출 전에 초기 기간 동안 단지 공반응물질 (예를 들어, 물)에만 노출된다. 일부 실시 형태에서, 복합 입자는 제2 반응물질 (예를 들어, 코팅 전구체에 대한 공반응물질)에 대한 노출 전에 단지 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 코팅 전구체에만 노출된다. 의외로, 복합 입자의 효율 및 공기 안정성 둘 모두가 그러한 초기 노출을 사용하여 상당히 개선될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상이한 유동 조건이 적어도 5분 (또는 다른 실시 형태에서는, 적어도 10, 15, 20, 30, 45, 60, 또는 90분) 동안 유지될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제1 조성물의 코팅이 침착된 후, 제2 조성물의 코팅이 침착된다. 예를 들어, TMA 및 물로부터 알루미나 기반 코팅이 침착된 후, TiCl4 및 물로부터 티타니아 기반 코팅이 침착될 수 있다.
양자점은, 예를 들어 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재의 나노시스, 인크.(Nanosys, Inc.)로부터 구매가능하고, 전형적으로 액체 (예를 들어, 톨루엔과 같은 용매, 또는 액체 리간드 시스템) 중 양자점으로 제공된다. 일부 실시 형태에서, 양자점은 ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, PbS, InP, InAs, GaAs, GaP, Si, 또는 Ge 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 양자점은 CdSe 또는 InP 나노입자를 포함한다. 전형적으로, 양자점은 이른바 코어-셸(core-shell) 구조를 포함하며, 상기 구조는 원하는 반도체 나노입자의 코어, 및 원하는 안정성 및 표면 화학 또는 전자 특성을 제공하는 추가 재료의 적어도 하나의 셸을 갖는다. 예시적인 재료는 CdSe 코어 ― CdS 중간 층을 포함한다. 일 실시 형태에서, 양자점은 CdSe 코어, ZnSe 중간 층, 및 ZnS 셸을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 구조는 InP 코어 ― ZnSe 중간 ― ZnS 셸이다. 양자점의 코어 (전형적으로, 4 nm 직경)와 본 명세서에 기재된 복합 입자의 코어 영역 (전형적으로, 적어도 수 마이크로미터 또는 수십 마이크로미터 직경) 사이에 구별되는 차이가 있음이 이해되어야 한다.
일부 실시 형태에서, 유기 중합체 매트릭스 내에 존재하는 입자의 복합 코어를 제조하는 데 유용한 다공성 비금속 무기 입자는 기공 및 비금속 무기 매트릭스를 포함한다. 비금속 무기 매트릭스는 실리카, 금속 (예를 들어, Al, Ti, Zr, Mg, 및 Zn) 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, 금속 산황화물, 또는 금속 산질화물 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적인 금속 산화물은 수산화물, 수화 산화물(hydrous oxide)과 같은 형태, 및 이뿐만 아니라 혼합된 음이온 (예를 들어, 산화물 및 할로겐화물, 하이드록실, 소량의 알킬 또는 카르복실레이트 등)을 갖는 형태를 포함한다. 다공성 비금속 무기 입자 및 코어 입자의 비금속 무기 매트릭스는 비정질, 결정질, 또는 혼합형, 단상 또는 다상일 수 있고, 하나 이상의 양이온 및 하나 이상의 음이온, 혼합 산화물, 수화 산화물을 함유할 수 있다. 다공성 비금속 무기 입자는 당업계에 알려진 기법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 화학적으로 유도된 다공성 금속 산화물 입자는 알콕사이드 용액 또는 나노입자 졸로부터의 성장에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 방법은 또한 유화 공정, 또는 오일 또는 겔화 매체 중으로의 수성 화학 전구체의 무화(atomization)를 포함한다 (예를 들어, 문헌["From Molecules to Systems: Sol-Gel Microencapsulation in Silica-Based Materials", Rosaria Ciriminna, Marzia Sciortino, Giuseppe Alonzo, Aster de Schrijver, and Mario Pagliaro, Chem. Rev., 2011, 111 (2), pp 765―789] 참조). 건조된 화학적으로 유도된 입자는 때때로 제로겔(xerogel)로 지칭된다. 제로겔 입자는 잔류 용매 및 유기물을 제거하기 위해 가열될 수 있지만, 원하는 다공성을 없앨 정도로 충분한 소결이 일어나지 않도록 하는 온도에서 가공되어야만 한다.
일부 실시 형태에서, 다공성 비금속 무기 입자는 에어로겔 과립이다. 에어로겔은 매우 높은 기공 부피 (예를 들어, 60% 내지 95%) 및 매우 미세한 기공 (예를 들어, 5 nm 내지 100 nm 직경)을 갖는다. 에어로겔은, 표면 장력으로 인해 통상 일어나게 될 구조의 수축 또는 붕괴를 유발하지 않고서 용매를 제거하도록 겔을 가공함으로써 형성된다. 에어로겔의 표면은 원하는 작용기 (예를 들어, 소수성 작용기)로 처리될 수 있다. 예비형성된 다공성 입자 (예를 들어, 예비형성된 에어로겔)는 에어로겔 합성 공정에 양자점을 노출시키지 않는다는 이점을 제공한다. 다른 유용한 예비형성된 다공성 입자는 당업계에, 예를 들어 크로마토그래피 매체(chromatography media)로서 알려진 것들을 포함한다.
다공성 비금속 무기 입자는 당업계에 알려진 기법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 원하는 재료의 미세 분말이 (예를 들어, 분무 건조에 의해) 응집 입자(agglomerate particle)로 형성되고, 부분 소결되어 다공성 입자를 생성할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 다공성 비금속 무기 입자에 존재한다.
일부 실시 형태에서, 비금속 무기 매트릭스는 소수성 표면을 갖는다. 비금속 무기 매트릭스의 표면은, 예를 들어 실란 또는 소수성 기를 갖는 다른 작용제에 의한 처리에 의해 소수성이 되게 할 수 있다. 소수성 기는, 예를 들어, 다양한 탄화수소 및 플루오로카본 기, 예컨대 단순 알킬 기 (다이메틸, 트라이메틸, 다이에틸, 트라이에틸), 장쇄 알칸, 예컨대 C8 (옥탄), 및 C18 (옥타데실), 플루오로물질(fluoromaterial), 예컨대 테트라플루오로에틸렌, 알켄, 예컨대 프로필렌, 및 혼합 기, 예컨대 헵타데카플루오로데실을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 비금속 무기 매트릭스의 표면은 미처리 상태이며, 중성 또는 친수성 특성을 갖는다.
일부 실시 형태에서, 다공성 비금속 무기 입자 (양자점 및 리간드 시스템으로 충전하기 전)는 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70 부피%, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 90 부피% 범위)의 다공도를 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 다공성 비금속 무기 입자는 메소다공성 구조를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다공성 비금속 무기 입자는, 비금속 무기 매트릭스 이외의 복합 코어의 성분들이 존재하지 않을 경우, 평균 기공 크기가 250 nm 이하 (일부 실시 형태에서는, 200 nm, 150 nm, 100 nm, 75 nm, 50 nm, 25 nm 이하, 또는 심지어 10 nm 이하; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 250 nm, 5 nm 내지 200 nm, 5 nm 내지 150 nm, 5 nm 내지 100 nm, 5 nm 내지 75 nm, 5 nm 내지 50 nm, 5 nm 내지 25 nm, 또는 심지어 10 nm 내지 100 nm의 범위)이다.
전형적으로 양자점 (발광 반도체 나노입자)은, 최적화된 작용기가 그의 표면에 결합된, 선택된 분자, 올리고머, 또는 중합체를 가지며, 그 결과 양자점의 표면에서 원자에 대해 바람직한 국소 리간드 환경을 가져온다. 일반적으로, 양자점을 합성하는 데 사용되는 성장 공정 동안 소정 리간드가 존재한다. 종종, 이들 리간드는 특성을 최적화하기 위해 선택된 새로운 리간드 환경을 제공하기 위해 나중에 대체되거나 교체된다. 리간드는 몇몇 기능을 수행한다. 리간드는 양자점의 클러스터링(clustering) 또는 켄칭(quenching)을 방지하는 데 도움을 주며, 양자점 표면의 화학적 안정성을 개선할 수 있고, 양자점의 방출 효율을 개선할 수 있다. 리간드 시스템은 몇몇 형태를 포함할 수 있다. 일반적으로, 리간드 시스템은 양자점에 직접 결합된 분자 또는 작용기, 및 선택적으로, 추가 재료를 포함할 수 있다. 추가 재료는 액체 또는 고체일 수 있으며, 결합된 재료와 비교하여 동일한 조성 또는 상이한 조성일 수 있다 (예를 들어, 리간드 시스템은 결합된 화학종 및 용매를 포함할 수 있다).
CdSe계 양자점을 위한 리간드 시스템의 예는 결합된 재료 및 유사한 조성의 추가 재료 둘 모두를 갖는 액체 아미노실리콘 유형 오일이다. InP계 양자점을 위한 리간드 시스템의 예는 고체 중합체 (예를 들어, 아이소보르닐 메타크릴레이트)를 추가 재료로서 갖거나, 또한 양자점에 결합된 중합체 (예를 들어, 아이소보르닐 메타크릴레이트 및 메타크릴산의 공중합체) 내에 카르복실레이트 기를 갖는 결합된 중쇄 카르복실산 화학종이다. 본 명세서에 기재된 복합 입자는, 그것이 액체 리간드 시스템 또는 용매를 포함하는 환경을 포함한, 바람직한 리간드 환경을 유지할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 의외로, 입자 코어의 액체가 50 부피% 초과인 경우에도, 나노다공성 비금속 무기 매트릭스 내에의 가둠(confinement)은 고 배리어 비금속 무기 박막 코팅을 직접 액체 충전된 코어 상에 침착하는 것을 가능하게 할 수 있다. 복합 입자 및 공정을 위한 리간드 시스템의 예시적인 바람직한 특성은 공정 온도에서의 안정성 및 유리한 침윤 거동을 포함한다. 의외로, 아미노실리콘 오일 리간드 시스템 중 CdSe계 양자점은 소수성 처리된 다공성 실리카 입자, 및 미처리 친수성 실리카 입자 둘 모두 내로 용이하게 침윤된다. 게다가, 이러한 재료는 적어도 200℃의 공정 온도에 대해 안정한 것으로 확인되었다.
일부 실시 형태에서, 리간드 시스템은 침윤 시점에서 액체일 수 있고, 후속하여 경화, 중합, 또는 용매 제거에 의해 고체로 전환될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 리간드는 적어도 하나의 유기 리간드, 유기금속 리간드, 또는 중합체 리간드를 포함한다. 적합한 리간드는 중합체, 유리질 중합체, 실리콘, 카르복실산, 다이카르복실산, 폴리-카르복실산, 아크릴산, 포스폰산, 포스포네이트, 포스핀, 산화포스핀, 황, 아민, 에폭사이드와 조합되어 에폭시를 형성하는 아민, 본 명세서에 언급된 임의의 중합체 리간드의 단량체, 또는 이들 재료의 임의의 적합한 조합을 포함한다. 양자점 리간드는 아민-함유 유기 중합체, 예컨대 아미노실리콘 (AMS) (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 모리스빌 소재의 젤레스트(Gelest)로부터 상표명 "AMS-242" 및 "AMS-233"으로 입수가능함), 및 "GP-998" (미국 미시간주 보턴 소재의 제네시 폴리머즈 코포레이션(Genesee Polymers Corp.)으로부터 입수가능함); 및 폴리-에테르 아민 (미국 텍사스주 더 우드랜즈 소재의 헌츠만 코포레이션(Huntsman Corporation)으로부터 상표명 "제파민(JEFFAMINE)"으로 입수가능함)을 포함할 수 있다.
적합한 리간드는 적어도 하나의 양자점-결합 모이어티(moiety) (예를 들어, 아민 모이어티 또는 다이카르복실산 모이어티)를 갖는 리간드를 포함한다. 예시적인 아민 리간드는 지방족 아민 (예를 들어, 데실아민 또는 옥틸아민, 및 중합체 아민)을 포함한다.
비휘발성 액체 리간드는 전술된 화학물질의 충분히 고분자량의 액체 버전을 포함한다. 전형적으로, 적어도 약 8개의 단위 길이의 화학 골격, 또는 약 8개 단위 이상의 탄소 사슬을 갖는 화학종을 갖고, 추가적인 더 짧은 사슬의 휘발성 용매를 거의 또는 전혀 갖지 않는 단량체 또는 중합체를 포함하는 액체 리간드가 비휘발성 리간드 시스템을 제공한다. 비휘발성 액체 리간드 시스템의 예에는 상기에 열거된 아미노실리콘 재료들 중 임의의 것, C8 화합물 (예를 들어, 아이소옥틸 아크릴레이트 및 아이소옥틸 메타크릴레이트, 트라이옥틸 포스페이트, 및 다이옥틸 포스포네이트), 플루오로카본 및 플루오로중합체 (예를 들어, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드), 및 폴리-에테르 아민 (예를 들어, 헌츠만 코포레이션으로부터 상표명 "제파민"으로 입수가능함)을 포함한다.
다공성 비금속 무기 입자 내로 침윤되는 액체는 결합된 리간드 및 비결합된 리간드 둘 모두를 갖는 액체 리간드 시스템, 추가 용매, 다른 용해된 성분들, 예컨대 유기 중합체, 양자점, 및 다른 성분들 (예를 들어, 단량체, 또는 계면활성제)을 포함할 수 있다.
다공성 비금속 무기 매트릭스 내로의 양자점을 함유하는 액체의 침윤은 다공성 비금속 무기 매트릭스 재료의 입자 또는 과립을 상기 액체와 혼합함으로써 행해질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액체의 부피는 이용가능한 기공 부피의 큰 분율이 되도록 선택된다 (예를 들어, 액체의 부피는 기공 부피의 50 내지 99%이다). 일부 실시 형태에서, 양자점이 점성 액체 리간드 시스템 내에 존재하는 경우, 침윤을 용이하게 하기 위하여 용매가 사용될 수 있다. 선택적으로, 용매는 침윤 후에, 예를 들어 진공 건조에 의해 제거될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 비금속 무기 매트릭스 재료는, 건조 동안 약간의 수축이 일어나서 높은 충전 분율을 갖는 복합 입자를 생성하도록 선택되거나 설계될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 침윤 후에 그라인딩이 바람직하다. 그라인딩은 불활성 분위기에서 일반적인 그라인딩 또는 밀링 방법을 사용하여 행해질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 총합해서 리간드 및 양자점은 적어도 60 부피% (일부 실시 형태에서는, 적어도 65, 70, 75, 80, 85, 또는 심지어 적어도 90 부피%; 일부 실시 형태에서는, 60 내지 95 부피%, 또는 심지어 70 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재한다.
일부 실시 형태에서, 복합 코어는 액체 (예를 들어, 비휘발성 액체 리간드 시스템, 예컨대 아미노실리콘 오일)를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 총합해서 액체, 리간드, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재한다. 일부 실시 형태에서, 양자점, 리간드, 및 액체는 액체-리간드 시스템의 형태이다.
액체는, 양자점, 양자점에 결합된 리간드, 및 액체의 일부이거나 그 안에 존재하는 추가 재료를 포함하는 액체 재료인 것으로 이해된다. 추가 재료는, 예를 들어 비결합된 리간드, 용매, 용해된 고체 (액체로부터 분리되고 그 중에 용해되지 않을 때 고체인 재료), 및 다른 용해 또는 분산된 액체 성분들 (예를 들어, 용매, 액체 단량체, 액체 유기 중합체, 및 오일)을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 리간드는 아민 작용성 실리콘, 카르복실산 작용성 실리콘, 결합된 리간드 및 용매 또는 담체 액체, 및 경화성 성분 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 복합 코어는 유기 중합체를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유기 중합체는 아크릴레이트 또는 에폭시 중 적어도 하나이다. 일부 실시 형태에서, 총합해서 액체, 리간드, 유기 중합체, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재한다.
일부 실시 형태에서, 코팅은 비정질, 결정질, 수산화물, 수화 산화물, 무수 산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 형태를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 코팅은 Al, Si, Ti, Zr, 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 산화물을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 비금속 무기 고 배리어 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)이다. 일부 실시 형태에서, 코팅은 복합 코어 내로 적어도 부분적으로 침투된다.
일부 실시 형태에서, 입자는 공기 안정성 광발광 효율을 갖는다 (즉, 실시예에 기재된 바와 같이, 시간 0에서 취해진 값과 1000시간 후에 취해지거나 추론된 값의 외부 양자 효율 측정치와 조합하여 실시예에서의 주위 온도 수명 시험(Ambient Life Test)에 의해 결정될 때, 1000시간 후의 외부 양자 효율이 피크 외부 양자 효율의 적어도 70% (일부 실시 형태에서는, 적어도 80% 또는 심지어 적어도 90%)이다). 일부 실시 형태에서, 입자는 공기 안정성 광발광 방출을 갖는다 (즉, 실시예에서의 주위 온도 수명 시험에 의해 결정될 때, 1000시간 후의 방출 세기가 피크 방출 세기의 적어도 70% (일부 실시 형태에서는, 적어도 80% 또는 심지어 적어도 90%)이다).
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 입자는 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위 (일부 실시 형태에서는, 20 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 범위)이다.
경화된 티올-알켄 중합체 매트릭스 또는 결합제는 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄 (폴리알케닐 화합물)의 경화된 반응 생성물이며, 폴리티올 및 폴리알켄은 둘 모두 작용성이 적어도 2이다 (일부 실시 형태에서, 이들 중 적어도 하나는 2 초과의 작용성을 갖는다). 일부 실시 형태에서, 폴리티올 및 폴리알켄은 둘 모두 작용성이 2 초과이다.
티올-알켄 수지 내의 폴리티올 반응물질(reactant)은 하기 화학식을 갖는다:
[화학식 I]
R2(SH)y
상기 식에서, R2는 y의 가수(valence)를 갖는 (헤테로)하이드로카르빌 기이고, y는 2 이상이다 (일부 실시 형태에서, y는 2 초과이다). 폴리티올의 티올 기는 1차 또는 2차일 수 있다. 화학식 I의 화합물은 평균 작용성이 적어도 2인 폴리티올 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다. R2는 지방족 및 방향족 폴리티올을 포함한 임의의 (헤테로)하이드로카르빌 기를 포함한다. R2는 선택적으로 펜던트 하이드록실, 산, 에스테르, 또는 시아노 기 또는 카테나형 (사슬형) 에테르, 우레아, 우레탄 및 에스테르 기를 포함한 적어도 하나의 작용기를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, R2는 1 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 지방족 또는 지환족 모이어티를 포함한다. 다른 실시 형태에서, R2는 펜던트 또는 말단 반응성 -SH 기를 갖는 탄소-탄소 이중 결합, 폴리아이소시아누레이트, 폴리카르복실산 또는 폴리올로부터 유도되는 올리고머 모이어티이다. 다른 실시 형태에서, R2는 중합체이며, 펜던트 또는 말단 반응성 -SH 기를 갖는 폴리옥시알킬렌, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리실록산 중합체를 포함한다. 유용한 올리고머 및 중합체는, 예를 들어 티올-말단화된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 및 티올-말단화된 폴리(알킬렌 옥사이드)를 포함한다.
예시적인 폴리티올은 2,3-다이메르캅토-1-프로판올, 2-메르캅토에틸 에테르, 2-메르캅토에틸 설파이드, 1,6-헥산다이티올, 1,8-옥탄다이티올, 1,8-다이메르캅토-3,6-다이티아옥탄, 프로판-1,2,3-트라이티올, 및 트라이티오시아누르산을 포함한다.
다른 예시적인 부류의 폴리티올은, α- 또는 β-메르캅토카르복실산 (예를 들어, 티오글리콜산, β-메르캅토프로피온산, 2-메르캅토부티르산, 또는 이들의 에스테르)을 포함한, 말단이 티올-치환된 카르복실산 (또는 이의 유도체 (예를 들어, 에스테르 또는 아실 할라이드))과 폴리올의 에스테르화에 의해 얻어지는 것들을 포함한다.
예시적인 구매가능한 화합물은 에틸렌 글리콜 비스(티오글리콜레이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 다이펜타에리트리톨 헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트),에틸렌 글리콜 비스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(티오글리콜레이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(티오글리콜레이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-메르캅토부티레이트), 1,4-비스-3-메르캅토부틸옥시 부탄, 트리스[2-(3-메르캅토프로피오닐옥시)에틸]아이소시아누레이트, 트라이메틸올프로판 트리스(메르캅토아세테이트), 2,4-비스(메르캅토메틸)-1,3,5-트라이아진-2,4-다이티올, 2-(3-다이(2-메르캅토에틸)티오)-1-프로판티올, 다이메르캅토다이에틸설파이드, 및 에톡실화 트라이메틸프로판-트라이(3-메르캅토프로피오네이트)를 포함한다.
중합체 폴리티올의 구체적인 예는 폴리프로필렌-에테르 글리콜 (예를 들어, 미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프 비안도테 케미칼 코포레이션(BASF Wyandotte Chemical Corp.)으로부터 상표명 "플루라콜(PLURACOL) P201"로 입수가능함), 및 3-메르캅토프로피온산의 에스테르화에 의해 제조되는 폴리프로필렌 에테르 글리콜 비스(3-메르캅토프로피오네이트)이다.
유용한 가용성 고분자량 티올은 폴리에틸렌 글리콜 디(2-메르캅토아세테이트) (예를 들어, 미국 뉴저지주 트렌톤 소재의 모톤 티오콜 인크.(Morton Thiokol Inc.)로부터 상표명 "LP-3"으로 입수가능함), 및 폴리티올 블렌드 (예를 들어, 미국 캘리포니아주 글렌데일 소재의 프로덕츠 리서치 앤드 케미칼 코포레이션(Products Research & Chemical Corp.)으로부터 상표명 "페르마폴(PERMAPOL) P3"으로 입수가능함), 및 2-메르캅토에틸아민 및 카프로락탐의 부가물과 같은 화합물을 포함한다.
경화성 조성물은 폴리알켄을 함유한다. 예시적인 폴리알켄은 말단 폴리알켄, 폴리(비닐 에테르), 폴리(알릴 에테르), 또는 폴리(알릴 아민)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 폴리알켄은 알릴 펜타에리트리톨, 비스페놀 A 다이알릴 에테르, o,o'-다이알릴 비스페놀 A, 트라이알릴 아이소시아누레이트, 트라이알릴 시아누레이트, 다이알릴 프탈레이트, 다이알릴 아이소프탈레이트, 다이알릴 테레프탈레이트, 지방족 알릴 올리고머 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머(Sartomer)로부터 상표명 "CN9101"로 입수가능함), 및 지방족 알릴 우레탄 (예를 들어, 사토머로부터 상표명 "CN9102"로 입수가능함)을 포함한다. 폴리알켄은 적어도 2개의 반응성 알켄 기를 갖는다. 그러한 폴리알켄은 하기 일반 화학식을 갖는다:
[화학식 II]
Figure pct00001
상기 식에서,
R1은 다가 (헤테로)하이드로카르빌 기이고,
각각의 R10 및 R11은 독립적으로 H 또는 C1-C4 알킬이고;
x는 2 이상이다.
화학식 II의 화합물은 비닐 에테르를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, R1은 지방족 또는 방향족 기이다. R1은 1 내지 20개의 탄소 원자의 알킬 기 또는 6 내지 18개의 고리 원자를 함유하는 아릴 방향족 기로부터 선택될 수 있다. R2는 x의 가수를 가지며, 여기서 x는 적어도 2 (일부 실시 형태에서는, 2 초과)이다. R2는 선택적으로 적어도 하나 또는 그 이상의 에스테르, 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기를 함유한다. 화학식 II의 화합물은 평균 작용성이 적어도 2 또는 그 이상인 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, R10과 R11은 함께 고리를 형성할 수 있다.
일부 실시 형태에서, R1은 헤테로사이클릭 기이다. 헤테로사이클릭 기는 적어도 하나의 질소, 산소, 또는 황 헤테로원자를 함유하는 방향족 및 비방향족 고리 시스템 둘 모두를 포함한다. 적합한 헤테로아릴 기는 푸릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐, 테트라졸릴, 이미다조, 및 트라이아지닐을 포함한다. 헤테로사이클릭 기는 비치환될 수 있거나, 또는 알킬, 알콕시, 알킬티오, 하이드록시, 할로겐, 할로알킬, 폴리할로알킬, 퍼할로알킬 (예를 들어, 트라이플루오로메틸), 트라이플루오로알콕시 (예를 들어, 트라이플루오로메톡시), 니트로, 아미노, 알킬아미노, 다이알킬아미노, 알킬카르보닐, 알케닐카르보닐, 아릴카르보닐, 헤테로아릴카르보닐, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 헤테로사이클릴, 헤테로사이클로알킬, 니트릴, 또는 알콕시카르보닐 중 적어도 하나의 치환체에 의해 치환될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 알켄 화합물은 모노아이소시아네이트 또는 폴리아이소시아네이트의 반응 생성물이다:
Figure pct00002
상기 식에서,
R3은 (헤테로)하이드로카르빌 기이고;
X1은 ―O-, -S- 또는 ―NR4-이며, 여기서 R4는 H 또는 C1-C4 알킬이고;
각각의 R10 및 R11은 독립적으로 H 또는 C1-C4 알킬이고;
R5는 (헤테로)하이드로카르빌 기이고;
x 및 y는 적어도 1이고, 이들 중 적어도 하나는 적어도 2이다.
일부 실시 형태에서, R5는, 선택적인 사슬형 헤테로원자를 갖는, 알킬렌, 아릴렌, 알크아릴렌, 아르알킬렌일 수 있다. R5는 1 내지 20개의 탄소 원자의 알킬 기 또는 6 내지 18개의 고리 원자를 함유하는 아릴 방향족 기로부터 선택될 수 있다. R2는 x의 가수를 가지며, 여기서 x는 적어도 2 (일부 실시 형태에서는, 2 초과)이다. R1은 선택적으로 적어도 하나의 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기를 함유한다.
알켄 화합물을 제조하는 데 유용한 폴리아이소시아네이트 화합물은, 일부 실시 형태에서, 다가 지방족, 지환족 또는 방향족 모이어티 (R3); 바이우레트, 아이소시아누레이트, 또는 우레트다이온에 부착된 다가 지방족, 지환족 또는 방향족 모이어티, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있는 다가 유기 기에 부착된 아이소시아네이트 기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다작용성 아이소시아네이트 화합물은 적어도 2개의 아이소시아네이트 (-NCO) 라디칼을 함유한다. 적어도 2개의 -NCO 라디칼을 함유하는 화합물은, 예를 들어 -NCO 라디칼이 부착된 2가 또는 3가 지방족, 지환족, 아르알킬, 또는 방향족 기로 구성된 것들을 포함한다.
적합한 폴리아이소시아네이트 화합물의 대표적인 예에는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 폴리아이소시아네이트 화합물의 아이소시아네이트 작용성 유도체가 포함된다. 유도체의 예에는 아이소시아네이트 화합물의 우레아, 바이우레트, 알로파네이트, 이량체 및 삼량체 (예를 들어, 우레트다이온 및 아이소시아누레이트), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것들이 포함된다. 임의의 적합한 유기 폴리아이소시아네이트 (예를 들어, 지방족, 지환족, 아르알킬, 또는 방향족 폴리아이소시아네이트)가 단독으로 사용되거나 적어도 2개의 혼합물로 사용될 수 있다.
지방족 폴리아이소시아네이트 화합물은 일반적으로 방향족 화합물보다 더 우수한 광 안정성을 제공한다. 다른 한편으로, 방향족 폴리아이소시아네이트 화합물은 일반적으로 지방족 폴리아이소시아네이트 화합물보다 더 경제적이며 친핵체에 대해 더 반응성이다. 적합한 방향족 폴리아이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔 다이아이소시아네이트 (TDI), 2,6-톨루엔 다이아이소시아네이트, TDI와 트라이메틸올프로판의 부가물 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 바이엘 코포레이션(Bayer Corporation)으로부터 상표명 "데스모두르(DESMODUR) CB"로 입수가능함), 2,2,4-트라이메틸-헥사메틸렌 다이아이소시아네이트 (TDI)의 아이소시아누레이트 삼량체 (예를 들어, 바이엘 코포레이션으로부터 상표명 "데스모두르 IL"로 입수가능함), 다이페닐메탄 4,4'-다이아이소시아네이트 (MDI), 다이페닐메탄 2,4'-다이아이소시아네이트, 1,5-다이아이소시아나토-나프탈렌, 1,4-페닐렌 다이아이소시아네이트, 1,3-페닐렌 다이아이소시아네이트, 1-메톡시-2,4-페닐렌 다이아이소시아네이트, 1-클로로페닐-2,4-다이아이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것들을 포함한다.
예시적인 지환족 폴리아이소시아네이트 화합물은 다이사이클로헥실메탄 다이아이소시아네이트 (H12 MDI, 예를 들어 바이엘 코포레이션으로부터 상표명 "데스모두르"로 입수가능함), 4,4'-아이소프로필-비스(사이클로헥실아이소시아네이트), 아이소포론 다이아이소시아네이트(IPDI), 사이클로부탄-1,3-다이아이소시아네이트, 사이클로헥산 1,3-다이아이소시아네이트, 사이클로헥산 1,4-다이아이소시아네이트(CHDI), 1,4-사이클로헥산비스(메틸렌 아이소시아네이트)(BDI), 이량체 산 다이아이소시아네이트(바이엘로부터 입수가능함), 1,3-비스(아이소시아나토메틸)사이클로헥산(H6 XDI), 3-아이소시아나토메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실 아이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것들을 포함한다.
예시적인 지방족 폴리아이소시아네이트 화합물은 테트라메틸렌 1,4-다이아이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,4-다이아이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-다이아이소시아네이트 (HDI), 옥타메틸렌 1,8-다이아이소시아네이트, 1,12-다이아이소시아나토도데칸, 2,2,4-트라이메틸-헥사메틸렌 다이아이소시아네이트 (TMDI), 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 다이아이소시아네이트, 이량체 다이아이소시아네이트, 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트의 우레아, 헥사메틸렌 1,6-다이아이소시아네이트 (HDI)의 바이우레트 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 바이엘 코포레이션으로부터 상표명 "데스모두르 N-100" 및 "데스모두르 N-3200"으로 입수가능함), HDI의 아이소시아누레이트 (예를 들어, 바이엘 코포레이션으로부터 상표명 "데스모두르 N3300" 및 "데스모두르 N-3600"으로 입수가능함), HDI의 아이소시아누레이트 및 HDI의 우레트다이온의 블렌드 (예를 들어, 바이엘 코포레이션으로부터 상표명 "데스모두르 N-3300"으로 입수가능함), 및 이들의 혼합물을 포함한다.
(알킬 치환된 아릴 기를 갖는) 예시적인 아르알킬 폴리아이소시아네이트는 m-테트라메틸 자일릴렌 다이아이소시아네이트 (m-TMXDI), p-테트라메틸 자일릴렌 다이아이소시아네이트 (p-TMXDI), 1,4-자일릴렌 다이아이소시아네이트 (XDI), 1,3-자일릴렌 다이아이소시아네이트, p-(1-아이소시아나토에틸)페닐 아이소시아네이트, m-(3-아이소시아나토부틸)페닐 아이소시아네이트, 4-(2-아이소시아나토사이클로헥실-메틸)페닐 아이소시아네이트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
예시적인 폴리아이소시아네이트는 2,2,4-트라이메틸-헥사메틸렌 다이아이소시아네이트(TMDI), 테트라메틸렌 1,4-다이아이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,4-다이아이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-다이아이소시아네이트(HDI), 옥타메틸렌 1,8-다이아이소시아네이트, 1,12-다이아이소시아나토도데칸, 이들의 혼합물, 및 바이우레트, 아이소시아누레이트, 또는 우레트다이온 유도체를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 폴리알켄 화합물은 하기 화학식의 시아누레이트 또는 아이소시아누레이트이다:
Figure pct00003
또는
Figure pct00004
상기 식에서, n은 적어도 1이고;
각각의 R10 및 R11은 독립적으로 H 또는 C1-C4 알킬이다.
폴리알켄 화합물은, 예를 들어 하기에 나타낸 바와 같은 티올-에폭시 개환 반응을 통한 폴리티올 화합물 및 에폭시-알켄 화합물의 반응 생성물로서 제조될 수 있다.
Figure pct00005
유사하게, 폴리알켄 화합물은, 예를 들어 폴리티올과 다이- 또는 더 고차의 에폭시 화합물의 반응 후에, 에폭시-알켄 화합물과의 반응에 의해 제조될 수 있다.
Figure pct00006
대안적으로, 예를 들어, 폴리아미노 화합물이 에폭시-알켄 화합물과 반응될 수 있거나, 또는 폴리아미노 화합물이 다이- 또는 더 고차의 에폭시 화합물과 반응된 후에, 에폭시-알켄 화합물과 반응될 수 있다.
폴리알켄은, 예를 들어 비스-알케닐 아민, 예를 들어 HN(CH2CH=CH2)2와, 다이- 또는 더 고차의 에폭시 화합물과의, 또는 비스- 또는 고차의 (메트)아크릴레이트, 또는 폴리아이소시아네이트와의 반응에 의해 제조될 수 있다.
폴리알켄은, 예를 들어 하이드록시-작용성 폴리알케닐 화합물, 예를 들어 (CH2=CH-CH2-O)y-R-OH와 폴리에폭시 화합물 또는 폴리아이소시아네이트의 반응에 의해 제조될 수 있다.
올리고머 폴리알켄은, 예를 들어 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트와 알릴 글리시딜 에테르 사이의 반응에 의해 제조될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 폴리알켄 및/또는 폴리티올 화합물은 올리고머이며, 예를 들어 이들 둘을 하나가 과량인 상태로 반응시킴으로써 제조된다. 예를 들어, 화학식 I의 폴리티올을 과량의 화학식 I의 폴리알켄과 반응시켜 작용성이 적어도 2인 올리고머 폴리알켄을 생성할 수 있으며, 이는 하기에 나타낸 바와 같다. 반대로, 과량의 화학식 I의 폴리티올을, 예를 들어 화학식 II의 폴리알켄과 반응시켜 작용성이 적어도 2인 올리고머 폴리티올을 생성할 수 있다. 올리고머 폴리알켄 및 폴리티올은 하기 화학식으로 나타낼 수 있으며, 여기서 하첨자 z는 2 이상이다. R1, R2, R10, R11, y 및 x는 앞서 정의된 바와 같다.
Figure pct00007
또는
Figure pct00008
상기 화학식에는, 간단함을 위해 선형 티올-알켄 중합체가 나타나 있다. 제1 중합체의 펜던트 엔(ene) 기가 과량의 티올과 반응하였고 제2 중합체의 펜던트 티올 기가 과량의 알켄과 반응하였을 것임이 이해될 것이다.
하나의 말단 엔 기를 갖는 대표적인 티올에테르 폴리알켄 올리고머가 하기에 나타나 있다.
Figure pct00009
Figure pct00010
일부 실시 형태에서, 제한된 양의 추가의 (메트)아크릴레이트가 티올-알켄 중합체 매트릭스 결합제 조성물 내의 폴리알켄과 배합될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 화합물은 중합체 매트릭스를 형성하는 데 사용되는 조성물의 점도를 조정할 수 있으며, 티올-알켄 수지의 열적 가속(thermal acceleration) 동안 달리 생성될 수 있는 결함을 감소시킬 수 있다. 예시적인 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 화합물은 물 및/또는 산소의 침입을 최소화하는 배리어 특성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, (메트)아크릴레이트의 단일중합체에 기초하여 유리 전이 온도 (Tg)가 약 50℃ 초과 (일부 실시 형태에서는, 약 80℃ 초과, 그리고 또는 심지어 100℃ 초과)인 (메트)아크릴레이트 화합물, 및 높은 가교결합 밀도를 형성할 수 있는 치환체는 개선된 가스 및 수증기 배리어 특성을 갖는 중합체 매트릭스를 제공할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 화합물은 다작용성이다 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 유에스에이, 엘엘씨(Sartomer USA, LLC)로부터 상표명 "SR 348" (에톡실화 (2) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트), "SR 349" (에톡실화 (2) 비스페놀 A 다이아크릴레이트), "SR540" (에톡실화 (4) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트), 및 "SR239" (1,6-헥산 다이올 다이(메트)아크릴레이트)로 입수가능하다).
전형적으로, (메트)아크릴레이트 화합물은 중합체 매트릭스 조성물의 약 0 중량% 내지 약 25 중량% (일부 실시 형태에서는, 약 5 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%)를 형성한다. 일부 실시 형태에서, (메트)아크릴레이트 중합체가 유기 중합체 매트릭스 조성물의 5 중량% 미만을 형성하는 경우, (메트)아크릴레이트 화합물은 티올-알켄 조성물에 충분한 작용 시간을 제공하기에 충분히, 유기 중합체 매트릭스를 형성하는 데 사용되는 수지 조성물의 점도를 증가시키지 않는다.
성분들은 일반적으로 대략 1:1 몰량의 티올 기 대 알켄 기, +/- 20%로 사용된다. 그러므로, 폴리티올의 티올 기 대 폴리알켄의 알켄 기의 몰비는 1.2:1 내지 1:1.2 (일부 실시 형태에서는, 1.1:1 내지 1:1.1)일 것이다. 티올-알켄 중합체 조성물이 (메트)아크릴레이트 성분을 추가로 포함하는 실시 형태에서, 알켄의 몰 작용기 당량 + (메트)아크릴레이트 몰 작용기 당량은 티올 당량 +/- 20%이다.
티올-알켄 수지는, 예를 들어, 폴리티올과 폴리알켄을 적합한 비로 배합하고, 이어서 광개시제, 열개시제 또는 산화환원 개시제를 사용하여 자유 라디칼 경화시킴으로써 제조될 수 있다.
티올-알켄 수지는, 예를 들어 화학 방사선 (예를 들어, 자외(UV)광)에 대한 노출에 의해 경화될 수 있다. 조성물은 임의의 형태의 화학 방사선 (예를 들어, 가시광 또는 UV 방사선)에 노출될 수 있지만, 바람직하게는 UVA 방사선 (320 내지 390 nm) 또는 UVB 방사선 (395 내지 445 nm)에 노출된다. 일반적으로, 화학 방사선의 양은 터치(touch)에 대해 끈적이지 않는 고체 덩어리를 형성하기에 충분하여야 한다. 일반적으로, 본 명세서에 기재된 조성물의 경화에 필요한 에너지의 양은 약 0.2 J/㎠ 내지 20.0 J/㎠의 범위이다.
광중합을 개시하기 위하여, 주형 내에 담긴 조성물의 본질적으로 완전한 (80% 초과) 중합을 제공하는 노출의 지속 시간 및 강도를 갖는 고에너지 자외선 공급원과 같은 화학 방사선의 공급원 아래에 수지를 배치한다. 필요한 경우, 필터를 이용하여 반응성 성분 또는 광중합에 악영향을 미칠 수 있는 파장을 배제할 수 있다. 광중합은 경화성 조성물의 노출된 표면을 통해 영향을 받을 수 있거나, 또는 중합을 달성하는 데 필요한 파장에서 필요한 투과율을 갖는 배리어 필름의 적절한 선택에 의해 본 명세서에 기재된 바와 같은 배리어 층을 통해 영향을 받을 수 있다.
광개시 에너지 공급원은 티올-알켄 조성물의 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 직접적으로 또는 간접적으로 생성할 수 있는 화학 방사선 (즉, 파장이 700 나노미터 이하인 방사선)을 방출한다. 일부 실시 형태에서, 광개시 에너지 공급원은 자외 방사선 (즉, 파장이 약 180 내지 약 460 나노미터인 방사선)을 방출하며, 이는 수은 아크등, 탄소 아크등, 저압, 중압 또는 고압 수은 증기 램프, 선회-유동 플라즈마 아크 램프, 제논 플래시 램프, 자외선 발광 다이오드, 및 자외선 발광 레이저와 같은 광개시 에너지 공급원을 포함한다. 자외선 발광 다이오드는, 예를 들어 일본 도쿄 소재의 니치아 코포레이션(Nichia Corp.)으로부터 상표명 NVSU233A U385", "NVSU233A U404", "NCSU276A U405", 및 "NCSU276A U385"로 입수가능하다.
일 예시적인 실시 형태에서, 개시제는 광개시제이며, UV 방사선에 의해 활성화될 수 있다. 예시적인 광개시제는 벤조인 에테르 (예를 들어, 벤조인 메틸 에테르 및 벤조인 아이소프로필 에테르, 및 치환된 벤조인 에테르), 및 치환된 아세토페논 (예를 들어, 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논, 및 치환된 알파-케톨)을 포함한다. 구매가능한 광개시제는 미국 뉴욕주 호손 소재의 시바-가이기 코포레이션(Ciba-Geigy Corp.)으로부터의 상표명 "이르가큐어(IGACURE) 819" 및 "다로큐르(DAROCUR) 1173"의 것들; 미국 뉴저지주 파시패니 소재의 바스프로부터의 "루켐(LUCEM) TPO"; 사바-가이기 코포레이션으로부터의 상표명 "이르가큐어 651" (2,2-다이메톡시-1,2-다이페닐-1-에타논)의 것들을 포함한다. 예시적인 광개시제는 에틸 2,4,6-트라이메틸벤조일페닐 포스피네이트 (미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프로부터 상표명 "루시린(LUCIRIN) TPO-L"로 입수가능함), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 (미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프의 지부인 시바 스페셜티즈(Ciba Specialties)로부터 상표명 "이르가큐어 1173"으로 입수가능함), 2,2-다이메톡시-2-페닐 아세토페논 (예를 들어, 시바 스페셜티즈로부터 상표명 "이르가큐어 651"로 입수가능함), 페닐 비스(2,4,6-트라이메틸 벤조일)포스핀 옥사이드 (예를 들어, 시바 스페셜티즈로부터 상표명 "이르가큐어 819"로 입수가능함)를 포함한다. 다른 예시적인 광개시제는 메르캅토벤조티아졸, 메르캅토벤조옥사졸 및 헥사릴 비스이미다졸을 포함한다.
예시적인 열개시제는 퍼옥사이드 (예를 들어, 벤조일 퍼옥사이드, 다이벤조일 퍼옥사이드, 다이라우릴 퍼옥사이드, 사이클로헥산 퍼옥사이드, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드), 하이드로퍼옥사이드 (예를 들어, tert-부틸 하이드로퍼옥사이드 및 쿠멘 하이드로퍼옥사이드), 다이사이클로헥실 퍼옥시다이카르보네이트, 2,2,-아조-비스(아이소부티로니트릴), 및 t-부틸 퍼벤조에이트를 포함한다. 구매가능한 열개시제는 상표명 "바조(VAZO)" (예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰 스페셜티 케미칼(DuPont Specialty Chemical)로부터의 "바조 64" (2,2'-아조-비스(아이소부티로니트릴) 및 "바조 52" 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸발레로니트릴)) 및 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 엘프 아토켐 노스 아메리카(Elf Atochem North America)로부터 상표명 "루시도(LUCIDO) 70"으로 입수가능한 것들을 포함한다.
티올-알켄 수지는 또한, 예를 들어 문헌[Bowman et al., Redox Initiation of Bulk Thiol-alkene Polymerizations, Polym. Chem., 2013, 4, 1167-1175], 및 그 안에 참고문헌에 기재된 바와 같은, 유기 퍼옥사이드 및 3차 아민의 산화환원 개시제 시스템을 사용하여 중합될 수 있다.
일반적으로, 개시제의 양은 5 중량% 미만 (일부 실시 형태에서는, 2 중량% 미만)이다. 일부 실시 형태에서는, 자유 라디칼 개시제가 첨가되지 않는다.
필요한 경우, 반응 속도를 제어하기 위해 안정제 또는 억제제가 티올-알켄 조성물에 첨가될 수 있다. 안정제는 티올-알켄 수지 분야에 공지된 임의의 것일 수 있으며, 미국 특허 제5,358,976호 (다울링(Dowling) 등) 및 제5,208,281호 (글레이저(Glaser) 등)에 기재된 N-니트로소 화합물, 및 미국 특허 제5,459,173호 (글레이저 등)에 기재된 알케닐 치환된 페놀성 화합물을 포함하며, 이들의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
일부 실시 형태에서, 결합제 조성물은 가열에 의해 경화되거나 경질화될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 양자점 조성물은 또한, 예를 들어 UV 광과 같은 방사선을 적용함으로써 경화 또는 경질화될 수 있다. 경화 또는 경질화 단계는 UV 경화, 가열 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 제한하고자 의도하지 않는 일부 예시적인 실시 형태에서, UV 경화 조건은 약 10 mJ/㎠ 내지 약 4000 mJ/㎠의 UVA (일부 실시 형태에서는, 약 10 mJ/㎠ 내지 약 200 mJ/㎠의 UVA)를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 가열 및 UV 광이 단독으로 또는 조합으로 적용되어 결합제 조성물의 점도를 증가시킬 수 있으며, 이는 코팅 및 가공 라인에서 보다 용이한 취급을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 티올-알켄 제형은 물품이 필름인 경우 300 cP 내지 20,000 cP (일부 실시 형태에서는, 500 cP 내지 15,000 cP, 또는 심지어 1,000 cP 내지 5,000 cP)의 점도 범위를 갖는다.
경화된 티올-알켄 중합체 매트릭스는 입사 방사선의 스펙트럼 영역, 전형적으로 450 ± 50 nm의 영역에서 투과율이 적어도 90% (일부 실시 형태에서는, 적어도 95%)이다.
경화된 티올-알켄 중합체 매트릭스는 Tg가 적어도 20oC; 바람직하게는 적어도 30oC이다.
캡슐화된 복합 입자 및 티올-알켄 중합체 매트릭스를 포함하는 물품이 제조될 수 있다. 본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 디스플레이 응용, 예컨대 필름 (예를 들어, 핸드헬드 디바이스, 태블릿, 모니터, 또는 텔레비전용 원격 인광체 확산 필름), LED 캡, LED 코팅, LED 렌즈, 및 도광체에 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 복합 입자를 포함하는 필름이 제조된다. 일부 실시 형태에서, 필름은 고 배리어 기판 필름을 추가로 포함한다. 필름은, 예를 들어, 재료를 기판 상에 코팅하고, 재료를 경화 (중합 또는 가교결합)시킴으로써 제조될 수 있다.
본 명세서에 기재된 예시적인 물품은 보안 응용과 같은 비-디스플레이 응용에 사용될 수 있는데, 보안 응용에서는 양자점 인광체가, 선택 또는 조정된 파장으로서 형광을 제공하는 데 사용된다. 그러한 용도에서, 유기 중합체 매트릭스는 라벨 또는 라벨 상의 코팅, 또는 다른 물품, 예컨대 카드 또는 태그일 수 있다.
예시적인 실시 형태
1A. Tg가 20oC 초과 (일부 실시 형태에서는, 25oC 초과, 또는 심지어 30oC 초과; 20oC 내지 120oC의 범위)인 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스 중의 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅 (예를 들어, 광학 비흡수성)을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)인 물품.
2A. 예시적인 실시 형태 1A에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 실리카 또는 금속 산화물 중 적어도 하나 (예를 들어, Al, Si, Ti, Zr, Mg, 또는 Zn의 적어도 하나의 산화물)를 포함하는 물품.
3A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 총합해서 리간드 및 양자점은 적어도 60 부피% (일부 실시 형태에서는, 적어도 65, 70, 75, 80, 85, 또는 심지어 적어도 90 부피%; 일부 실시 형태에서는, 60 내지 95 부피%, 또는 심지어 70 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 물품.
4A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 에어로겔인 물품.
5A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 크로마토그래피 매체인 물품.
6A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 액체를 추가로 포함하는 물품.
7A. 예시적인 실시 형태 6A에 있어서, 액체는 비휘발성 액체인 (즉, 25℃에서의 증기압이 최대 1 torr인) 물품.
8A. 예시적인 실시 형태 6A에 있어서, 액체는 25℃에서의 증기압이 1 torr 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 5, 또는 심지어 적어도 10 torr)인 휘발성 액체인 물품.
9A. 예시적인 실시 형태 6A 내지 실시 형태 8A에 있어서, 총합해서 액체, 리간드, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 물품.
10A. 예시적인 실시 형태 6A 내지 실시 형태 9A에 있어서, 양자점, 리간드, 및 액체는 액체-리간드 시스템의 형태인 물품.
11A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 리간드는 아미노실리콘 또는 카르복실산 작용성 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 물품.
12A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 양자점은 ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, PbS, InP, InAs, GaAs, GaP, Si, 또는 Ge 중 적어도 하나를 포함하는 물품.
13A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 양자점은 CdSe 또는 InP 나노입자를 포함하는 물품.
14A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 유기 중합체를 추가로 포함하는 물품.
15A. 예시적인 실시 형태 14A에 있어서, 유기 중합체는 아크릴레이트 또는 에폭시 중 적어도 하나인 물품.
16A. 예시적인 실시 형태 14A 또는 실시 형태 15A에 있어서, 총합해서 액체, 리간드, 유기 중합체, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 물품.
17A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 복합 코어 내로 적어도 부분적으로 침투하는 물품.
18A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 메소다공성 구조를 포함하는 물품.
19A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는, 비금속 무기 매트릭스 이외의 복합 코어의 성분들이 존재하지 않을 경우, 평균 기공 크기가 250 nm 이하 (일부 실시 형태에서는, 200 nm, 150 nm, 100 nm, 75 nm, 50 nm, 25 nm 이하, 또는 심지어 10 nm 이하; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 250 nm, 5 nm 내지 200 nm, 5 nm 내지 150 nm, 5 nm 내지 100 nm, 5 nm 내지 75 nm, 5 nm 내지 50 nm, 5 nm 내지 25 nm, 또는 심지어 10 nm 내지 100 nm의 범위)인 물품.
20A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 비정질, 결정질, 수산화물, 수화 산화물, 무수 산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 형태를 포함하는 물품.
21A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 Al, Si, Ti, Zr, 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 산화물을 포함하는 물품.
22A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 소수성 표면을 갖는 물품.
23A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 친수성 표면을 갖는 물품.
24A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 미처리 금속 산화물 표면을 갖는 물품.
25A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 공기 안정성 광 방출 특성을 갖는 물품.
26A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 공기 안정성 광발광 효율을 갖는 물품.
27A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위(일부 실시 형태에서는, 20 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 범위)인 물품.
28A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올-알켄은 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄으로부터 유도되고, 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄 화합물의 경화된 반응 생성물, 폴리티올 및 폴리알케닐 둘 모두의 작용성은 적어도 2인 물품.
29A. 예시적인 실시 형태 28A에 있어서, 폴리알켄은 말단 폴리알켄, 폴리(비닐 에테르), 폴리(알릴 에테르), 또는 폴리(알릴 아민) 중 적어도 하나인 물품.
30A. 예시적인 실시 형태 28A 또는 실시 형태 29A에 있어서, 폴리알켄은 알릴 펜타에리트리톨, 비스페놀 A 다이알릴 에테르, o,o'-다이알릴 비스페놀 A, 트라이알릴 아이소시아누레이트, 트라이알릴 시아누레이트, 다이알릴 프탈레이트, 다이알릴 아이소프탈레이트, 다이알릴 테레프탈레이트, 지방족 알릴 올리고머, 또는 지방족 알릴 우레탄 중 적어도 하나인 물품.
31A. 예시적인 실시 형태 28A 내지 실시 형태 30A 중 어느 하나에 있어서, 폴리티올은 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라메르캅토아세테이트, 트리스(2-(3-메르캅토프로피오닐옥시)에틸)아이소시아누레이트, 1,6-헥산다이티올, 1,8-옥탄다이티올, 다이펜타에리트리톨 헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(메르캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-메르캅토부티레이트), 또는 다이펜타에리트리톨 헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트) 중 적어도 하나인 물품.
32A. 예시적인 실시 형태 28A에 있어서, 폴리알켄은 하기 화학식을 갖는 물품:
Figure pct00011
(상기 식에서,
R1은 다가 (헤테로)하이드로카르빌 기이고,
각각의 R10 및 R11은 독립적으로 H 또는 C1-C4 알킬이고;
x는 2 이상임).
33A. 예시적인 실시 형태 31A에 있어서, R1은 지환족 기이며, 상기 지환족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 물품.
34A. 예시적인 실시 형태 31A에 있어서, R1은 지방족 또는 방향족 기이며, 상기 지환족 기 또는 상기 방향족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 물품.
35A. 예시적인 실시 형태 28A에 있어서, 폴리티올은 하기 화학식을 갖는 물품:
R2(SH)y
(상기 식에서, R2는 y의 원자가를 갖는 (헤테로)하이드로카르빌 기이고, y는 2 이상임).
36A. 예시적인 실시 형태 35A에 있어서, R2는 지방족 또는 방향족 기이며, 상기 지방족 또는 방향족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 우레탄, 티오에테르, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 물품.
37A. 예시적인 실시 형태 35A에 있어서, R2는 1 내지 30개의 탄소 원자 및 선택적으로 산소, 질소 또는 황의 1 내지 4개의 카테나형 헤테로원자를 갖는 지방족, 지환족, 방향족 또는 알킬-치환된 방향족 모이어티인 물품.
38A. 예시적인 실시 형태 28A에 있어서, 상기 폴리티올은 말단 티올-치환된 카르복실산과 폴리올의 에스테르화에 의해 얻어지는 물품.
39A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올-알켄은 (메트)아크릴레이트 또는 알키닐 기를 갖지 않는 물품.
40A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스는 450 ± 50 nm의 영역에서 투과율이 적어도 90%인 물품.
41A. 임의의 선행하는 A 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올 기 대 알켄 기의 화학량론비가 1.2:1 내지 1:1.2인 물품.
1B. 적어도 하나의 폴리티올, 적어도 하나의 폴리알켄, 및 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅 (예를 들어, 양자점에 의해 방출되는 광 에너지 (즉, 460 nm 내지 720 nm 범위의 파장)의 20% 미만을 흡수하는 광학 비흡수성 재료)을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피% (일부 실시 형태에서는, 최대 35, 30, 25, 또는 심지어 최대 20 부피%; 일부 실시 형태에서는, 5 내지 40 부피%, 5 내지 30 부피%, 또는 심지어 5 내지 20 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터 (일부 실시 형태에서는, 최대 4 마이크로미터, 3 마이크로미터, 2 마이크로미터, 1 마이크로미터, 750 nm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 심지어 최대 50 nm; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 500 nm, 또는 심지어 25 nm 내지 500 nm의 범위)인 경화성 조성물.
2B. 예시적인 실시 형태 1B에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 실리카 또는 금속 산화물 중 적어도 하나 (예를 들어, Al, Si, Ti, Zr, Mg, 또는 Zn의 적어도 하나의 산화물)를 포함하는 경화성 조성물.
3B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 총합해서 리간드 및 양자점은 적어도 60 부피% (일부 실시 형태에서는, 적어도 65, 70, 75, 80, 85, 또는 심지어 적어도 90 부피%; 일부 실시 형태에서는, 60 내지 95 부피%, 또는 심지어 70 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 경화성 조성물.
4B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 에어로겔인 경화성 조성물.
5B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 크로마토그래피 매체인 경화성 조성물.
6B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 액체를 추가로 포함하는 경화성 조성물.
7B. 예시적인 실시 형태 6B에 있어서, 액체는 비휘발성 액체인 (즉, 25℃에서의 증기압이 최대 1 torr인) 경화성 조성물.
8B. 예시적인 실시 형태 6B에 있어서, 액체는 25℃에서의 증기압이 1 torr 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 5, 또는 심지어 적어도 10 torr)인 휘발성 액체인 경화성 조성물.
9B. 예시적인 실시 형태 6B 내지 실시 형태 8B에 있어서, 총합해서 액체, 리간드, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 경화성 조성물.
10B. 예시적인 실시 형태 6B 내지 실시 형태 9B에 있어서, 양자점, 리간드, 및 액체는 액체-리간드 시스템의 형태인 경화성 조성물.
11B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 리간드는 아미노실리콘 또는 카르복실산 작용성 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 경화성 조성물.
12B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 양자점은 ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, PbS, InP, InAs, GaAs, GaP, Si, 또는 Ge 중 적어도 하나를 포함하는 경화성 조성물.
13B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 양자점은 CdSe 또는 InP 나노입자를 포함하는 경화성 조성물.
14B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 유기 중합체를 추가로 포함하는 경화성 조성물.
15B. 예시적인 실시 형태 14B에 있어서, 유기 중합체는 아크릴레이트 또는 에폭시 중 적어도 하나인 경화성 조성물.
16B. 예시적인 실시 형태 14B 또는 실시 형태 15B에 있어서, 총합해서 액체, 리간드, 유기 중합체, 및 양자점은 50 부피% 초과 (일부 실시 형태에서는, 적어도 55, 60, 70, 또는 심지어 적어도 75 부피%; 일부 실시 형태에서는, 50 내지 75 부피%, 또는 심지어 60 내지 95 부피% 범위)의 양으로 복합 코어 내에 존재하는 경화성 조성물.
17B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 복합 코어 내로 적어도 부분적으로 침투하는 경화성 조성물.
18B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 복합 코어는 메소다공성 구조를 포함하는 경화성 조성물.
19B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는, 비금속 무기 매트릭스 이외의 복합 코어의 성분들이 존재하지 않을 경우, 평균 기공 크기가 250 nm 이하 (일부 실시 형태에서는, 200 nm, 150 nm, 100 nm, 75 nm, 50 nm, 25 nm 이하, 또는 심지어 10 nm 이하; 일부 실시 형태에서는, 5 nm 내지 250 nm, 5 nm 내지 200 nm, 5 nm 내지 150 nm, 5 nm 내지 100 nm, 5 nm 내지 75 nm, 5 nm 내지 50 nm, 5 nm 내지 25 nm, 또는 심지어 10 nm 내지 100 nm의 범위)인 경화성 조성물.
20B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 비정질, 결정질, 수산화물, 수화 산화물, 무수 산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 형태를 포함하는 경화성 조성물.
21B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 코팅은 Al, Si, Ti, Zr, 또는 Mg 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 산화물을 포함하는 경화성 조성물.
22B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 소수성 표면을 갖는 경화성 조성물.
23B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 친수성 표면을 갖는 경화성 조성물.
24B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 미처리 금속 산화물 표면을 갖는 경화성 조성물.
25B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 공기 안정성 광 방출 특성을 갖는 경화성 조성물.
26B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 공기 안정성 광발광 효율을 갖는 경화성 조성물.
27B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 입자는 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위(일부 실시 형태에서는, 20 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 범위)인 경화성 조성물.
28B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올-알켄은 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄으로부터 유도되고, 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄 화합물의 경화된 반응 생성물에서, 폴리티올 및 폴리알케닐 둘 모두의 작용성은 적어도 2인 경화성 조성물.
29B. 예시적인 실시 형태 28B에 있어서, 폴리알켄은 말단 폴리알켄, 폴리(비닐 에테르), 폴리(알릴 에테르), 또는 폴리(알릴 아민) 중 적어도 하나인 경화성 조성물.
30B. 예시적인 실시 형태 28B 또는 실시 형태 29B에 있어서, 폴리알켄은 알릴 펜타에리트리톨, 비스페놀 A 다이알릴 에테르, o,o'-다이알릴 비스페놀 A, 트라이알릴 아이소시아누레이트, 트라이알릴 시아누레이트, 다이알릴 프탈레이트, 다이알릴 아이소프탈레이트, 다이알릴 테레프탈레이트, 지방족 알릴 올리고머, 또는 지방족 알릴 우레탄 중 적어도 하나인 경화성 조성물.
31B. 예시적인 실시 형태 28B 내지 실시 형태 30B 중 어느 하나에 있어서, 폴리티올은 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라메르캅토아세테이트, 트리스(2-(3-메르캅토프로피오닐옥시)에틸)아이소시아누레이트, 1,6-헥산다이티올, 1,8-옥탄다이티올, 다이펜타에리트리톨 헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(메르캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-메르캅토부티레이트), 또는 다이펜타에리트리톨 헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트) 중 적어도 하나인 경화성 조성물.
32B. 예시적인 실시 형태 28B에 있어서, 폴리알켄은 하기 화학식을 갖는 경화성 조성물:
Figure pct00012
(상기 식에서,
R1은 다가 (헤테로)하이드로카르빌 기이고,
각각의 R10 및 R11은 독립적으로 H 또는 C1-C4 알킬이고;
x는 2 이상임).
33B. 예시적인 실시 형태 31B에 있어서, R1은 지환족 기이며, 상기 지환족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 경화성 조성물.
34B. 예시적인 실시 형태 31B에 있어서, R1은 지방족 또는 방향족 기이며, 상기 지환족 기 또는 상기 방향족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 티오에테르, 우레탄, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 경화성 조성물.
35B. 예시적인 실시 형태 28B에 있어서, 폴리티올은 하기 화학식을 갖는 경화성 조성물:
R2(SH)y
(상기 식에서, R2는 y의 원자가를 갖는 (헤테로)하이드로카르빌 기이고, y는 2 이상임).
36B. 예시적인 실시 형태 35B에 있어서, R2는 지방족 또는 방향족 기이며, 상기 지방족 또는 방향족 기는 에스테르, 아미드, 에테르, 우레탄, 티오에테르, 또는 우레아 작용기 중 적어도 하나를 함유하고, x는 2 이상인 경화성 조성물.
37B. 예시적인 실시 형태 35B에 있어서, R2는 1 내지 30개의 탄소 원자 및 선택적으로 산소, 질소 또는 황의 1 내지 4개의 카테나형 헤테로원자를 갖는 지방족, 지환족, 방향족 또는 알킬-치환된 방향족 모이어티인 경화성 조성물.
38B. 예시적인 실시 형태 28B에 있어서, 상기 폴리티올은 말단 티올-치환된 카르복실산과 폴리올의 에스테르화에 의해 얻어지는 경화성 조성물.
39B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올-알켄은 (메트)아크릴레이트 또는 알키닐 기를 갖지 않는 경화성 조성물.
40B. 임의의 선행하는 B 예시적인 실시 형태에 있어서, 티올 기 대 알켄 기의 화학량론비가 1.2:1 내지 1:1.2인 경화성 조성물.
본 발명의 이점 및 실시 형태가 하기 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 모든 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량 기준이다. 언급되지 않는 한, 모든 제조는 질소 분위기 하에서 표준 글로브 박스 내에서 수행하였다.
실시예
하기 절차 및 실시예에 사용된 재료는 하기 표 1에 요약되어 있다.
[표 1]
Figure pct00013
침윤된 복합 코어 입자의 제조
13.5 그램의 크로마토그래피 실리카 (미국 일리노이주 디어필드 소재의 그레이스 다비슨 디스커버리 사이언스로부터 상표명 "다비실 XWP1000A"로 입수됨; 16 내지 24 마이크로미터 입자 크기, 1000 옹스트롬 기공 크기)를 유리 바이알 내에 넣었다. 이 크로마토그래피 실리카에 12.5 그램의 녹색 양자점 농축물 (QC) 및 2 그램의 에탄올 (건성 무수)의 예비혼합된 용액을 첨가하였다. 충분히 혼합한 후에, 생성된 재료를 글로브 박스에서 꺼내고, 약 22℃에서 진공 하에서 건조시켜 에탄올을 제거하였다. 건조된 복합 분말을 -45 마이크로미터 체를 사용하여 체분리하였다.
대기압 화학 증착 (APCVD) 캡슐화
3 그램의 침윤된 복합 코어 입자를 유동상 반응기 내에서 트라이메틸 알루미늄 (TMA; 미국 매사추세츠주 뉴버리포트 소재의 스트렘 케미칼즈로부터 상표명 "트라이메틸 알루미늄 인 버블러(Trimethyl aluminum in bubbler)"로 입수됨, 로트# 23403300)와 수증기의 반응을 사용하여 비정질 산화알루미늄 기반 재료로 마이크로캡슐화하였다. 반응기는 2 cm 직경 × 18 cm 높이의 유리 프릿 깔때기 튜브였다. 반응기는, 반응기 본체와 평행한 경로를 갖는 프릿 하부로부터 연장된 입구 튜브, 및 원하는 반응기 높이를 가능하게 하도록 프릿 위로 연장된 상부 영역, 및 전구체 주입 튜브 및 배출 출구를 위한 피팅부품을 가졌다. 온도는 유조(oil bath)를 사용하여 180℃에서 제어하였다. 액체 전구체에 대한 표준 버블러 구성과 함께 질소 담체 가스를 사용하였다. 버블러는 약 22℃의 주위 온도에 있었다.
실시예 1 내지 실시예 5
캡슐화된 복합 입자의 몇몇 분말을 하기 표 2에 제공된 전구체 유량비 및 코팅 시간을 사용하여, 전술된 바와 같이 제조하였다.
[표 2]
Figure pct00014
복합 입자를 포함하는 수지의 제조
체분리된 졸-겔 복합 입자를 필름 제조를 위한 수지 내에 매설하였다. 2가지 상이한 유형의 수지를 비교예 및 실시예에서 사용하였다. 첫 번째 수지 (에폭시-아민 화학)는 하기 3개의 파트를 포함한다: A: 에폭시 수지 ("에폰 824") + 15% 단량체 ("SR348"), B: TTD-다이아민, C: D-4265. 1 그램의 복합 입자를 2.5 그램의 파트 B, 5.5 그램의 파트 A 및 0.04 그램의 파트 C와 혼합한다. 두 번째 유형의 수지 (티올-알켄 화학)는 또한 하기 3개의 파트로 이루어진다: A: TEMPIC B: TAIC, 및 C: TPO-L. 3개의 파트를 각각 67 대 32 대 1 중량비로 예비혼합하였다. 1 그램의 복합 입자를 5.4 그램의 배합된 수지 성분들과 혼합한다. 상기에 기재된 CdSe-ZnS (코어-셸) 양자점 액체 농축물 (QC) 및 수지 성분들의 혼합물로부터 비교예 필름을 제조하였다. 소정 비교용 샘플 (비교예 A 내지 비교예 D)의 경우, 전술된 수지 혼합물을 무처리(plain) QC (양자점 농축물)와 5 중량% QC의 로딩률로 혼합하였다.
나이프 코터를 사용한 필름 제조
수지-복합 입자 혼합물을 나이프 코터를 사용하여, 50 마이크로미터 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 필름 시트들 (하기 표 3 내지 표 5에서 "P" 표기를 갖고 "비보호 PET 필름" 기판을 갖는 것으로 나타나 있는 예) 사이에, 또는 고 배리어 금속 산화물 박막 코팅을 갖는 유사한 PET 필름 시트들 (하기 표 3 내지 표 5에서 "B" 표기를 갖고 "보호 배리어 필름" 기판을 갖는 것으로 나타나 있는 예) 사이에 약 100 마이크로미터의 두께로 코팅하였다. 에폭시-아민 수지로 제조된 필름을 385 nm LED 광원 (미국 미네소타주 홉킨스 소재의 클리어스톤 테크놀로지즈, 인크.로부터 상표명 "TECH CF200"으로 입수됨; 100-240V, 6.0-3.5A, 50-60 ㎐)을 50% 파워로 30초 동안 사용하여 자외선 (UV) 경화시킨 후, 오븐 내에서 100℃에서 10분 동안 열 경화시켰다. 티올-알켄 수지로 제조된 필름은 385 nm LED 광원 ("TECH CF200")을 100% 파워로 30초 동안 사용하여 단지 UV 경화시켰다.
비교예 A 내지 비교예 D
필름을 전술된 바와 같이 제조하였다. 비교예 A 내지 비교예 D의 경우에는, 입자를 사용하지 않았다. 대신에, 양자점 농축물 ("QC", (상기) 표 1에 기재됨)을 상기 "복합 입자를 포함하는 수지의 제조"에 기재된 바와 같이 5 중량%의 로딩률로 수지와 직접 혼합하였다. 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 유형의 수지 (에폭시 아민 및 티올-엔) 및 각각의 유형의 기판 (보호 배리어 필름 또는 무처리 PET)에 대해 필름 샘플을 제조하였다.
[표 3]
Figure pct00015
비교예 E 내지 비교예 N
상기 표 2에 기재된 분말의 각각의 예를 사용하여, 전술된 바와 같이 비교예 E 내지 비교예 N 필름을 제조하였다. 각각의 경우에, 배리어 필름 기판을 사용하여 샘플을 제조하였으며, 무처리 PET 기판을 사용하여 샘플을 제조하였다. 비교예 E 내지 비교예 N에서의 필름은 에폭시 아민 수지를 사용하여 제조하였다. 이들 필름은 하기 표 4에 요약되어 있다.
[표 4]
Figure pct00016
실시예 6 내지 실시예 15
상기 표 2에 기재된 분말의 각각의 예를 사용하여, 전술된 바와 같이 실시예 6 내지 실시예 15 필름을 제조하였다. 각각의 경우에, 배리어 필름 기판을 사용하여 샘플을 제조하였으며, 무처리 PET 기판을 사용하여 샘플을 제조하였다. 실시예 6 내지 실시예 15에서의 필름은 티올-알켄 수지를 사용하여 제조하였다. 이들 실시예는 하기 표 5에 요약되어 있다.
[표 5]
Figure pct00017
외부 양자 효율 측정 (EQE):
약 3 ㎠ 면적의 직사각형 필름 샘플, 440 nm 여기 파장, 및 적분구 장치 (미국 일리노이주 스코키 소재의 하마마츠 퀀타우러스(Hamamatsu Quantaurus)로부터 상표명 "앱솔루트 PL 퀀텀 일드 스펙트로미터(ABSOLUTE PL QUANTUM YIELD SPECTROMETER) C11347"로 입수됨)와 함께 표준화된 시험 절차를 사용하여 EQE 값을 측정하였다. 상기 절차는 하마마츠 퀀타우러스로부터 상표명 "U6039-05"로 입수된 소프트웨어를 사용하였다.
주위 온도 조광 노화 수명 시험:
약 5 ㎠ 면적의 직사각형 샘플을 양자점 재료의 필름 샘플로부터 잘라내고, 청색 LED (미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 루밀레즈(Lumileds)로부터 상표명 "루밀레즈 로열 블루(LUMILEDS ROYAL BLUE) LXML-PR02"로 입수됨)의 실리콘 렌즈와 접촉시켜 놓았다. LED를 충분히 히트-싱크(heat-sink) 처리하고, 20 mA에서 작동시켜, 중심 파장이 445 nm인 약 25 mW의 청색광을 제공하였다. 이 작동점은 700 mA의 정격 전류의 작은 분율이었으며, 여기서는 LED가 70% 밝기로 50,000시간 초과의 수명을 가질 것으로 예측되었다. 필름의 조광된 영역이 16 ㎟인 것으로 추산된다면, 평균 청색광 플럭스는 대략 160 mW/㎠였다. 양자점 필름의 온도는 실온보다 단지 약간 더 높을 것으로 예측되었다. LED는 연속적으로 작동하였다. 각각의 샘플 (및 LED)로부터의 방출 스펙트럼을 교정된 적분구, 섬유-결합된 분광계 (미국 플로리다주 더네딘 소재의 오션 옵틱스(Ocean Optics)로부터 상표명 "FOIS-1"로 입수됨)를 사용하여 주기적으로 획득하고, 그러한 목적용으로 기재되어 있는 소프트웨어를 사용하여 기록하고 도표로 나타내었다. 관련 방출 대역 (청색: 400 내지 500 nm, 녹색: 500 내지 580 nm, 적색: 580 내지 700 nm)에 대한 적분 강도를 계산함으로써 스펙트럼을 분석하였다. 시험 결과가 하기 표 6 내지 표 8에 제공되어 있다.
주위 온도 (약 22°C) 및 85°C에서의 비조광 저장 노화 시험
약 5 ㎠ 면적의 직사각형 샘플을 양자점 재료의 라미네이팅된 필름으로부터 잘라내고, 그에 대해 EQE 측정을 수행하였다. 이어서, 샘플을 실온에서 암실에 저장하거나 (주위 온도 비조광 저장 노화 시험), 또는 85°C의 항온 정밀 오븐 내에 넣어두었다 (85℃ 비조광 저장 노화 시험). 지정된 기간 후에, 샘플을 오븐에서 꺼내고, 그의 EQE 값을 다시 측정하였다. 샘플은, 그것이 85℃의 오븐 내에 있는 동안에 광을 방출할 것으로 예측되지 않았다. 시험 결과가 하기 표 6 내지 표 8에 제공되어 있다.
[표 6]
Figure pct00018
[표 7]
Figure pct00019
[표 8]
Figure pct00020
본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 개시 내용의 예측가능한 변형 및 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 예시의 목적으로 본 출원에 기재된 실시 형태로 제한되어서는 안 된다.

Claims (16)

  1. Tg가 20oC 초과인 경화된 티올-알켄 수지를 포함하는 유기 중합체 매트릭스 중의 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어(composite core) 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점(quantum dot)을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피%의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터인, 물품.
  2. 제1항에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 실리카 또는 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 총합해서 리간드 및 양자점이 적어도 60 부피%의 양으로 복합 코어 내에 존재하는, 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 에어로겔인, 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 비금속 무기 매트릭스는 크로마토그래피 매체(chromatography media)인, 물품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 코어는 액체를 추가로 포함하는, 물품.
  7. 제6항에 있어서, 액체는 비휘발성인, 물품.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 총합해서 액체, 리간드, 및 양자점이 복합 코어의 50 부피%를 초과하는, 물품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 리간드는 아미노실리콘 또는 카르복실산 작용성 중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 양자점은 CdSe 또는 InP 나노입자를 포함하는, 물품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 코어는 메소다공성 구조를 포함하는, 물품.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 입자는 공기 안정성 발광 특성을 갖는, 물품.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 폴리티올 및 적어도 하나의 폴리알켄 (폴리알케닐 화합물)의 경화된 반응 생성물, 폴리티올 및 폴리알켄은 둘 모두 작용성이 적어도 2인, 물품.
  14. 제13항에 있어서, 폴리알켄은 말단 폴리알켄, 폴리(비닐 에테르), 폴리(알릴 에테르), 또는 폴리(알릴) 아민 중 적어도 하나인, 물품.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 티올 기 대 알켄 기의 화학량론비가 1.2:1 내지 1:1.2인, 물품.
  16. 적어도 하나의 폴리티올, 적어도 하나의 폴리알켄, 및 입자를 포함하며, 입자는 복합 코어 및 복합 코어를 커버하는 연속 비금속 무기 코팅을 포함하고, 복합 코어는 비금속 무기 매트릭스, 리간드, 및 양자점을 포함하고, 비금속 무기 매트릭스는 최대 40 부피%의 양으로 복합 코어 내에 존재하고, 코팅은 평균 두께가 최대 5 마이크로미터인, 경화성 조성물.
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