专利名称：硫化镉纳米粒子增感剂及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于卤化银感光材料技术领域，特别涉及一种硫化镉纳米粒子增感剂及其制备方法和用途。
背景技术：
卤化银微晶乳剂的增感主要有化学增感和光谱增感。化学增感主要是提高卤化银微晶乳剂在其本征光谱区的感光度，光谱增感主要是通过提高卤化银微晶在其非本征光谱区的间接吸收率来提高感光度。
通过硫增感、金增感、硫加金增感等化学增感过程，卤化银微晶表面能够形成一定尺寸，一定数目的化学敏化斑，即硫化银斑或硫化银金斑。这些敏化斑能够俘获光照射后卤化银微晶中产生的光电子或光空穴并通过一系列的物理化学过程形成潜影和次潜影。
如果一个卤化银微晶表面有过多的化学敏化斑，微晶在光照后所产生的电子和空穴就可能分别被这些敏化斑所俘获。由于至少需要数个光生电子与间隙银离子结合才能形成一个具有显影活性的潜影，因此敏化斑的分散会导致单个敏化斑俘获光电子的几率减小，生成潜影的几率变小并且可能使潜影分散，进而导致感光度和反差降低。所以使敏化斑相对集中可能会提高卤化银微晶乳剂的感光度和反差。美国专利号为5167875的专利公开了一种硫化银溶胶，用于卤化银微晶乳剂增感或银盐扩散转移的显影层；美国专利号为5362470的专利公开了一种超细的银、金硫化物，用于卤化银微晶乳剂的增感，与通常的水溶性的硫、金化合物增感方法相比，乳剂的感光度增加，灰雾降低；美国专利号为5759760的专利公开了几种水分散型的固体粒子增感剂，它们分别由不溶于水和有机溶剂的金化合物、钯化合物、碲化合物组成。
通常的化学增感机制如下水溶性的化合物先以分子或离子的形式吸附在卤化银微晶表面，再经过一系列复杂的物理和化学变化形成化学敏化斑。但是，由于卤化银微晶表面的活性位置很多，易使水溶性的增感剂化合物在卤化银微晶表面的吸附位置比较分散，颗粒表面生成的敏化斑位置也就比较分散，造成潜影形成几率变小且分散，不易提高感光度。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种使敏化斑形成比较集中、分布易于控制的新型的硫化镉纳米粒子增感剂。
本发明的目的之二是提供一种硫化镉纳米粒子增感剂的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种利用本发明的硫化镉纳米粒子增感剂对卤化银微晶乳剂进行增感的方法。
本发明的目的之四是提供一种利用本发明的硫化镉纳米粒子增感剂与水溶性金盐溶液对卤化银微晶乳剂进行协同增感的方法。
本发明首次采用无机化合物硫化镉作为化学增感剂，该化合物的状态为水不溶性的纳米尺寸粒子。该增感剂的主要组成为纳米尺寸的硫化镉粒子。硫化镉纳米粒子作为增感剂，增感时首先附着在卤化银微晶表面，然后在成熟过程中部分或全部转化成硫化银敏化斑。这样形成的硫化银敏化斑分布比较容易控制，因此可以减少潜影分散，提高感光度和反差。
本发明硫化镉纳米粒子增感剂由硫化镉纳米粒子、水溶性的无机物和水溶性的高分子化合物组成。其中，增感剂中硫化镉纳米粒子的浓度为0.00001～0.1摩尔/升，水溶性的无机物浓度为0.00002～0.2摩尔/升，水溶性的高分子化合物的质量百分比浓度为0.001～10％，余量为水。
所述的水溶性的高分子化合物是明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐或淀粉等。
所述的水溶性的无机物是硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铵等。
所述的硫化镉纳米粒子的粒径在1～30纳米。
本发明硫化镉纳米粒子增感剂，主要由水溶性的镉盐和水溶性的含硫化合物反应得到，除了生成硫化镉纳米粒子以外，其它组成视所用的水溶性化合物种类而定，可分别生成硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铵等水溶性物质。
本发明硫化镉纳米粒子增感剂的制备方法将水溶性的镉盐溶液和水溶性的含硫化合物溶液分散在水溶性的高分子化合物中，在温度为10～100℃条件下混合，搅拌，得到由硫化镉纳米粒子、水溶性无机物和水溶性的高分子化合物组成的增感剂。其中，增感剂中的硫化镉纳米粒子的浓度为0.00001～0.1摩尔/升，水溶性的无机物的浓度为0.00002～0.2摩尔/升，水溶性的高分子化合物的重量百分比浓度为0.1～10％。
所述的硫化镉纳米粒子的粒径在1～30纳米。
所述的水溶性的无机物是硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铵等。
所述的搅拌反应时间为1分钟～60分钟。
所述的水溶性的高分子化合物是明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐或淀粉等。
所述的水溶性镉盐为硝酸镉或硫酸镉等。
所述的水溶性含硫化合物为硫化钠、硫化铵或硫化钾等。
本发明的增感剂用作卤化银微晶乳剂的增感剂，或与水溶性金盐溶液协同用作卤化银微晶乳剂的增感，协同增感时金与硫的相对摩尔比例为0.01～1。
所述的水溶性金盐是三氯化金盐酸盐。
所述的水溶性金盐在卤化银微晶乳剂中大约使用10-8～10-3摩尔增感剂/摩尔卤化银微晶乳剂。
本发明所述的卤化银微晶乳剂可按如下方法制备在一个装有高速搅拌装置的50升的容器中，预先加入5～15升水，0.05～0.5千克明胶，加热至40～80℃，恒温搅拌，控制pAg值为5～10.5之间，在40～180分钟内，将1.0～3.0摩尔/升的硝酸银水溶液0.5～3升和1.0～3.0摩尔/升的溴化钾水溶液0.5～3升，同时线性变速加入容器反应。反应完成后，降温至30～40℃，加入聚苯乙烯磺酸钠水溶液沉降，水洗3～4遍后，再补加明胶和水，使胶银比为0.5～3.0之间。乳剂含银量为20～80克银/千克乳剂。然后调节温度在30～60℃之间，恒温搅拌20～40分钟，调节乳剂的pAg在5.0～9.0之间，调节pH在5.0～7.0之间。卤化银微晶乳剂制备完成。所得到的卤化银微晶尺寸在0.1～3.5微米之间。
本发明中的化学增感方法可以按如下方法进行等量称取按上述方法所制备的卤化银微晶乳剂两份，置于两个体积相同的容器中并使其融化；分别在两个容器中加入按上述方法制备的硫化镉纳米粒子增感剂和预先配置好的硫代硫酸钠增感剂，两种增感剂按摩尔数计算的用量相等，每摩尔卤化银微晶乳剂大约使用10-7～10-2摩尔增感剂；也可以用硫化镉纳米粒子增感剂和金盐对卤化银微晶乳剂进行协同增感。在40～75℃的恒温水浴下进行化学增感10～200分钟，在一系列不同时间间隔将乳剂涂布在树脂片基上，室温干燥，然后用专门的曝光仪(5500K日光)曝光，在20℃的D-19b显影液中显影5分钟，用F-5定影液定影，再水洗干燥之后进行感光性能测试。
本发明的增感剂可以减少潜影分散，提高感光度，提高反差，降低灰雾。本发明的增感剂可以应用于几乎所有晶形的卤化银微晶乳剂，例如立方体卤化银微晶乳剂、八面体卤化银微晶乳剂、T颗粒卤化银微晶乳剂、核壳型卤化银微晶乳剂、多层结构微晶乳剂、中空或多孔微晶乳剂、或非银核微晶乳剂等，还几乎适用于所有的卤化银照相品种，如黑白胶片、彩色胶片、X-射线胶片、航空航天胶片、印刷胶片、印刷制版版材、全息胶片、各种彩色或黑白相纸等。
本发明所述的卤化银微晶乳剂包括氯化银微晶乳剂、溴化银微晶乳剂、碘化银微晶乳剂、溴碘化银微晶乳剂、氯碘化银微晶乳剂、氯溴化银微晶乳剂或氯溴碘化银微晶乳剂等。
从以下具体试验得出的有关感光性能结果可以看出，在等摩尔量的增感剂和相同的增感温度条件下，采用硫化镉纳米粒子增感剂增感的感光度比采用硫代硫酸钠增感剂增感的要高；硫化镉纳米粒子增感剂与三氯化金协同增感时比硫代硫酸钠和三氯化金协同增感时产生的灰雾大大降低，同时也能提高乳剂的感光度和反差。
表一CdS和Na2S2O3增感结果比较(增感温度75℃)
表二CdS+HAuCl4和Na2S2O3+HAuCl4增感结果比较(增感温度65℃)
表三.等量的硫化镉纳米粒子增感剂在不同温度下的化学增感结果比较
表四硫化镉纳米粒子增感结果(增感温度75℃) 表五硫化镉纳米粒子增感结果(增感温度75℃) 下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
具体实施例方式
实施例1增感剂制备在一个2.5L的玻璃容器中，加入0.7L蒸馏水，20克明胶，在50℃搅拌下使其溶解，再加入0.31克Cd(NO3)2·4H2O使其溶解并搅拌均匀；在0.3L蒸馏水中加入0.24克Na2S·9H2O制成溶液，并将其缓缓加入上述在50℃的恒温水浴并高速搅拌的溶液中，加完之后再搅拌5分钟，制备成硫化镉纳米粒子增感剂，粒径在1～30纳米。
立方体溴化银微晶乳剂制备在一个装有高速搅拌装置的50升容器中，预先加入10升水，0.2千克明胶，0.0011千克溴化钾，加热至60℃，恒温搅拌，控制pAg在7.5左右，在300分钟的时间内，将2升3.0摩尔/升的硝酸银水溶液和2升3.0摩尔/升的溴化钾水溶液同时线性变速加入容器反应。反应结束后，降温至35℃，加入0.2升质量百分比浓度为5％的聚苯乙烯磺酸钠水溶液沉降，水洗3-4遍，补加0.6千克明胶，加水到乳剂总重量为10千克，乳剂含银量为0.065千克银/千克乳剂。然后，在50℃左右，恒温搅拌30分钟，用1mol/L的溴化钾溶液和1mol/L的硝酸银溶液将乳剂的pAg调节到7.3，用质量百分比浓度10％的碳酸钠溶液和质量百分比浓度为10％的醋酸溶液将乳剂的pH调节到6.3。冷却，在4℃左右的冰箱中保存备用。立方体溴化银微晶乳剂制备完成。
对立方体溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克立方体溴化银微晶乳剂两份，分别加入到两个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂20mL，加入到其中一个盛有该乳剂的容器中；准确量取预先配置好的0.001mol/L的硫代硫酸钠20mL，加入到另一个盛有该乳剂的容器中。在75℃的恒温水浴中进行化学增感，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影，干燥，测试，作图。所得结果如表一所示。
实施例2采用实施例1的硫化镉纳米粒子增感剂。
对立方体溴化银微晶乳剂进行硫、金协同增感准确称取1千克立方体溴化银乳剂两份，分别加入到两个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂20mL，加入到其中一个盛有该乳剂的的容器中，然后再量取1×10-4moL/L的三氯化金盐酸盐溶液10mL加入该乳剂中；准确量取预先配置好的0.001mol/L的硫代硫酸钠20mL，加入到另一个盛有该乳剂的容器中，然后再量取1×10-4moL/L的三氯化金盐酸盐溶液10mL加入该乳剂中。在65℃的恒温水浴中进行化学增感，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影，干燥，测试，作图。所得结果如表二所示。
实施例3采用实施例1的硫化镉纳米粒子增感剂。
在不同温度下对立方体溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克立方体溴化银微晶乳剂两份，加入到两个1.5L的容器中并分别置于65℃，75℃的恒温水浴中使其融化；准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂20mL两份，分别加入到两个盛有该乳剂的容器中进行化学增感80分钟；然后分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影，干燥，测试。所得结果如表三所示。
实施例4增感剂制备在一个2.5L的玻璃容器中，加入0.7L蒸馏水，20克明胶，在50℃搅拌下使其溶解，再加入0.31克Cd(NO3)2·4H2O使其溶解并搅拌均匀；在0.3L蒸馏水中加入0.20克K2S·5H2O制成溶液，并将其缓缓加入上述在50℃的恒温水浴并高速搅拌的溶液中，加完之后再搅拌5分钟，制备成硫化镉纳米粒子增感剂，粒径在1～30纳米对立方体溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克立方体溴化银微晶乳剂一份，加入到一个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂20mL，加入到盛有该乳剂的容器中；在75℃的恒温水浴中进行化学增感120分钟，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影，干燥，测试。所得结果如表四所示。
实施例5增感剂制备在一个2.5L的玻璃容器中，加入0.7L蒸馏水，20克明胶，在50℃搅拌下使其溶解，再加入0.28克CdSO4·4H2O使其溶解并搅拌均匀；在0.3L蒸馏水中加入0.24克Na2S·9H2O制成溶液，并将其缓缓加入上述在50℃的恒温水浴并高速搅拌的溶液中，加完之后再搅拌5分钟，制备成硫化镉纳米粒子增感剂，粒径在1～30纳米。
对立方体溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克八面体溴化银微晶乳剂一份，加入到一个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂20mL，加入到盛有该乳剂的容器中；在75℃的恒温水浴中进行化学增感120分钟，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影，干燥，测试。所得结果如表五所示。
实施例6增感剂制备在一个2.5L的玻璃容器中，加入0.7L蒸馏水，20克明胶，在50℃搅拌下使其溶解，再加入0.28克CdSO4·4H2O使其溶解并搅拌均匀；在0.3L蒸馏水中加入0.20克K2S·5H2O制成溶液，并将其缓缓加入上述在50℃的恒温水浴并高速搅拌的溶液中，加完之后再搅拌5分钟，制备成硫化镉纳米粒子增感剂，粒径在1～30纳米。
八面体溴化银微晶乳剂制备在一个装有高速搅拌装置的30升容器中，预先加入6升水，0.2千克明胶，0.02千克溴化钾，加热到70℃，恒温搅拌，控制pAg在8.8左右，在100分钟的时间之内，将2升3.0摩尔/升的硝酸银水溶液和2升3.0摩尔/升的溴化钾水溶液同时线性变速加入容器反应。反应完成后，降温至35℃，加入0.2升质量百分比浓度为5％的聚苯乙烯磺酸钠水溶液进行沉降，水洗3-4遍，补加0.8千克明胶，加水到乳剂总重量为10千克，乳剂含银量为0.065千克银/千克乳剂。然后，在40℃左右，恒温搅拌30分钟，用1mol/L的溴化钾溶液和1mol/L的硝酸银溶液将乳剂的pAg调节到8，用质量百分比浓度为10％的碳酸钠溶液和质量百分比浓度为10％的醋酸溶液调节乳剂的pH到6.5。冷却之后在4℃左右的冰箱中保存备用。八面体溴化银微晶乳剂制备完成。
对八面体溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克八面体溴化银微晶乳剂一份，加入到一个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂15mL，加入到盛有该乳剂的容器中；在70℃的恒温水浴中进行化学增感120分钟，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影。
实施例7增感剂制备在一个2.5L的玻璃容器中，加入0.7L蒸馏水和20克明胶，在50℃搅拌下使其溶解，再加入0.28克CdSO4·4H2O使其溶解并搅拌均匀；在0.3L蒸馏水中加入0.07克(NH4)2S后制成溶液并将其缓缓加入上述在50℃的恒温水浴并高速搅拌的溶液中，加完之后再搅拌5分钟，制备成硫化镉纳米粒子增感剂，粒径在1～30纳米。
T颗粒溴化银微晶乳剂制备在一个装有高速搅拌装置的30升容器中，预先加入6升水，0.2千克明胶，0.12千克溴化钾，加热到50℃，恒温搅拌，控制pAg在8.8左右，在50分钟的时间之内，将2升3.0摩尔/升的硝酸银水溶液和2升3.0摩尔/升的溴化钾水溶液同时线性变速加入容器反应。反应完成后，降温至35℃，加入0.2升质量百分比浓度为5％的聚苯乙烯磺酸钠水溶液进行沉降，水洗3-4遍，补加0.8千克明胶，加水到乳剂总重量为10千克，乳剂含银量为0.064千克银/千克乳剂。然后，在40℃左右，恒温搅拌30分钟，用1mol/L的溴化钾溶液和1mol/L的硝酸银溶液将乳剂的pAg调节到8，用质量百分比浓度为10％的碳酸钠溶液和质量百分比浓度为10％的醋酸溶液调节乳剂的pH到6.5。冷却，在4℃左右的冰箱中保存备用。T颗粒溴化银微晶乳剂制备完成。
对T颗粒溴化银微晶乳剂进行增感准确称取1千克T颗粒溴化银微晶乳剂一份，加入到一个1.5L的容器中并使其融化；并准确量取上述制备的硫化镉纳米粒子增感剂10mL，加入到盛有该乳剂的容器中；在70℃的恒温水浴中进行化学增感120分钟，然后在不同的时间间隔分别将乳剂涂布在聚酯片基上，涂布银量为0.012千克/平方米，冷却，室温干燥后，用专门的曝光仪进行曝光，再显影，定影。
权利要求
1.一种硫化镉纳米粒子增感剂，其特征是所述的增感剂由硫化镉纳米粒子、水溶性的无机物和水溶性的高分子化合物组成；其中，增感剂中硫化镉纳米粒子的浓度为0.00001～0.1摩尔/升，水溶性的无机物浓度为0.00002～0.2摩尔/升，水溶性的高分子化合物的质量百分比浓度为0.001～10％，余量为水；所述的水溶性的无机物是硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铵。
2.如权利要求1所述的增感剂，其特征是所述的水溶性的高分子化合物是明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐或淀粉。
3.如权利要求1所述的增感剂，其特征是所述的硫化镉纳米粒子的粒径在1～30纳米。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的硫化镉纳米粒子增感剂的制备方法，其特征是将水溶性的镉盐溶液和水溶性的含硫化合物溶液分散在水溶性的高分子化合物中，在温度为10～100℃条件下混合，搅拌，得到由硫化镉纳米粒子、水溶性无机物和水溶性的高分子化合物组成的增感剂；其中，增感剂中的硫化镉纳米粒子的浓度为0.00001～0.1摩尔/升，水溶性的无机物的浓度为0.00002～0.2摩尔/升，水溶性的高分子化合物的重量百分比浓度为0.1～10％；所述的水溶性含硫化合物为硫化钠、硫化铵或硫化钾；所述的水溶性的无机物是硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铵。
5.如权利要求4所述的方法，其特征是所述的硫化镉纳米粒子的粒径在1～30纳米。
6.如权利要求4所述的方法，其特征是所述的水溶性的高分子化合物是明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐或淀粉。
7.如权利要求4所述的方法，其特征是所述的水溶性镉盐为硝酸镉或硫酸镉。
8.一种如权利要求1～3任意一项所述的硫化镉纳米粒子增感剂的用途，其特征是所述的增感剂用作卤化银微晶乳剂的增感剂，或与水溶性金盐溶液协同用作卤化银微晶乳剂的增感，协同增感时金与硫的相对摩尔比例为0.01～1；所述的水溶性金盐在卤化银微晶乳剂中为10-8～10-3摩尔增感剂/摩尔卤化银微晶乳剂。
9.如权利要求8所述的用途，其特征是所述的水溶性金盐是三氯化金盐酸盐。
10.如权利要求8所述的用途，其特征是所述的卤化银微晶乳剂包括氯化银微晶乳剂、溴化银微晶乳剂、碘化银微晶乳剂、溴碘化银微晶乳剂、氯碘化银微晶乳剂、氯溴化银微晶乳剂或氯溴碘化银微晶乳剂。
11.如权利要求10所述的用途，其特征是所述的卤化银微晶乳剂的晶形是立方体卤化银微晶乳剂、八面体卤化银微晶乳剂、T颗粒卤化银微晶乳剂、核壳卤化银微晶乳剂、多层结构微晶乳剂、中空或多孔微晶乳剂、或非银核微晶乳剂。
全文摘要
本发明属于卤化银感光材料技术领域，特别涉及一种硫化镉纳米粒子增感剂及其制备方法和用途。将水溶性的镉盐溶液和水溶性的含硫化合物溶液分散在水溶性的高分子化合物中，在温度为10～100℃条件下混合，搅拌，得到由硫化镉纳米粒子、水溶性无机物和水溶性的高分子化合物组成的增感剂；其中，增感剂中的硫化镉纳米粒子的浓度为0.00001～0.1摩尔/升，水溶性的无机物的浓度为0.00002～0.2摩尔/升，水溶性的高分子化合物的重量百分比浓度为0.1～10％。本发明的增感剂所形成的硫化银敏化斑分布比较容易控制，因此可以减少潜影分散，提高感光度和反差。
文档编号G03C1/09GK1504825SQ0214919
公开日2004年6月16日 申请日期2002年11月28日 优先权日2002年11月28日
发明者李金培, 许春华 申请人:中国科学院理化技术研究所