畢業(yè)論文——電泳顯示器微膠囊有機(jī)顏料粒子的表面改性

1、<p>　　電泳顯示器微膠囊有機(jī)顏料粒子的</p><p><b>　　表面改性</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　對(duì)顏料黃13、顏料紅254年和顏料藍(lán)15的表面改性改善電泳性質(zhì)電泳懸架進(jìn)行了研究。粒度分布和表面形態(tài)的改性顏料測定、顏料表面官能團(tuán)的存在被確認(rèn),和顏料的分散穩(wěn)定性

2、和荷電率懸浮在電泳漿的表征。對(duì)于微膠囊電泳顯示的應(yīng)用,包含改性有機(jī)顏料粒子的彩色微膠囊在ITO膜導(dǎo)電膜上制備和擴(kuò)散。電泳顯示的工作原型是成功地用這種方法制作的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有機(jī)顏料、表面改性、微膠囊、電子顯示、分散性、導(dǎo)電性</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　微膠囊電泳顯示器,也叫電子墨水顯示

3、器。是由包括帶電粒子與流體介質(zhì)的微膠囊制成的。因其優(yōu)勢傳統(tǒng)的紙質(zhì)的外表,反射率高,良好的對(duì)比度,寬視角,雙穩(wěn)性和較低的狀態(tài)電力消耗而被極大的關(guān)注[1,2]。近年來,黑白電子書(電子書)基于微膠囊電泳顯示器已經(jīng)商業(yè)化并在大眾市場取得了成功。類紙顯示器是由電子油墨集團(tuán)公司設(shè)計(jì)的，被今天大多數(shù)的電子書閱讀者所使用。然而,全彩電子書或顯示器沒有實(shí)現(xiàn),所以電子閱讀器的彩色化將成為電子閱讀市場的下一個(gè)目標(biāo)[3]。</p><p&

4、gt;　　黑白微膠囊電泳顯示器組成的一個(gè)平面,二維數(shù)組微膠囊含有氧化鈦白色粒子和炭黑顏料雙粒子系統(tǒng)的相反電荷。當(dāng)電子電壓應(yīng)用于底板微膠囊,一組粒子驅(qū)動(dòng)的頂部微膠囊和其他設(shè)置去底部顯示圖像和文本?；谶@一原則,一些著色（彩色化）的幾個(gè)技巧有待探索。顏色過濾的常規(guī)方法將帶來光和分辨率的損失,最后導(dǎo)致顏色的不飽和。真正實(shí)現(xiàn)全彩顯示需要一個(gè)亞像素由三色統(tǒng)一,如紅、綠、藍(lán)色或青色、品紅和黃色。</p><p>　　電泳液中

5、的顏料粒子必備特性，例如合適的密度、溶解度低、良好的分散穩(wěn)定性和荷電率高很多種顏料粒子可以用作彩色電泳粒子摻雜的空心TiO2與Cr+3、Fe+3和Co+2/ Al+3制造彩色無機(jī)顏料粒子[4]。通過苯乙烯自由基聚合和4 -乙烯基吡啶制備的聚合物nm粒子封裝有機(jī)染料，例如酸性藍(lán)25、酸紅8、酸性黃76[5]。使用含有改性蠟狀物材料激光打印機(jī)色粉顆粒制作含有C-W、M-W、Y-W的彩色微膠囊色素對(duì)[6]。然而,無機(jī)的弱點(diǎn)[7、8]和聚合物粒

6、子濃度[9],光反射影響顯示器的色彩飽和度。有機(jī)色素,另一方面,有價(jià)值的優(yōu)秀的光學(xué)屬性,如良好的輝煌,顏色強(qiáng)度和透明度,因此可以提供巨大的潛力在電子、光學(xué)和光電設(shè)備。顏料性做好準(zhǔn)備RGB三色油墨粒子通過mini乳狀液（感光乳劑）聚合,但涂布聚苯乙烯的顏料降低反射光飽和,并且使油墨粒子看起來是顯白[10]。</p><p>　　在本文中,我們報(bào)告的使用典型的有機(jī)顏料如詞C.I的顏料黃13,C.I的顏料紅254,C.

7、I藍(lán)色色素15彩色電泳粒子表面光滑的有機(jī)顏料粒子,小粒子大小和表面改性后尺寸分布窄了。良好的分散穩(wěn)定性和表面電荷的在溶劑中的改性粒子在超分散劑中的存在和充電控制代理和改性粒子在電泳懸浮液提供良好的電泳反應(yīng)。包含通過凝聚顏料明膠和阿拉伯膠制備Y-W、R-W、B-W的雙粒子系統(tǒng)的微膠囊[11,12]，由此產(chǎn)生的粒子在微膠囊中表現(xiàn)出良好的電泳運(yùn)動(dòng)和理想的雙穩(wěn)態(tài)。因此,這些包含修改后的有機(jī)顏料粒子的微膠囊在彩色電泳電泳顯示器中可以作為一個(gè)好的備

8、選。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p><b>　　2.1 準(zhǔn)備材料</b></p><p>　　從科萊恩獲得天津有限公司(天津)購買的有機(jī)顏料的黃色,紅色和藍(lán)色(商業(yè)名稱:色素顏料紅254,藍(lán)色顏料黃)他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。從光復(fù)化學(xué)品有限公司(天津) 購買的硅酸鈉、四氯乙烯、聚乙烯

9、、硬脂酸,十六烷基三甲基銨硝酸鹽溴化、明和阿拉伯膠； 從天洋有限公司助理(揚(yáng)州,中國)獲得的硅烷偶聯(lián)劑。從上海聚合物有限公司(中國上海)購買的的超分散劑CH-5和CH-11B以上是這項(xiàng)研究中使用的所有化學(xué)品都是試劑級(jí)別的。</p><p>　　2.2黃色改性顏料顆粒和電泳液制備</p><p>　　顏料黃13(PY13) 是用以下過程進(jìn)行的改性。PY13(1.0 g)在150ml去離子水乳

10、化0.18 g十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)?；旌衔?，然后轉(zhuǎn)移到500ml的圓底燒瓶加熱至95℃。硅酸鈉溶液(20ml,1mol)在小時(shí)內(nèi)通過滴定2mol的硫酸溶液使pH值調(diào)整到9 -10 。反應(yīng)是持續(xù)5小時(shí)pH=10再持續(xù)2小時(shí)在pH=3。通過離心機(jī)收集固體生成物,然后分散到200ml水和乙醇的混合物(10:90,重量比)?；旌衔镏刑砑影被已趸柰?0.2 g)將pH值調(diào)整到3?；旌衔锛訜峄亓髋c溫和攪拌,反應(yīng)是保持(10

11、h 80℃)。最終產(chǎn)物收集是通過離心和分別用去離子水和無水酒精的多次清洗。</p><p>　　黃色的電泳液是由球磨碾磨法。懸架是由混合0.25 g改性黃13顏料粒子,10ml四氯乙烯,0.025 gCH-5作為乳化劑,和一定量的CTAB電荷控制添加劑。經(jīng)24 h磨碎的混合物和0.5mm氧化鋯珠子研磨介質(zhì)在為2000r/min攪拌速度獲得黃色的電泳懸浮液。</p><p>　　2.3紅色改

12、性顏料顆粒和電泳液制備</p><p>　　顏料紅254(PR254)是用以下過程進(jìn)行的改性的（修改）。聚乙烯(PE)0.5 g是溶解在250ml環(huán)己烷在80℃溫度下攪拌 。 1.0 g PR254在上面的溶液中完全超音速分散30分鐘。懸浮液沉積放置24 h,產(chǎn)物離心并由無水乙醇多次清洗。獲得紅色顏料紅色粉末改性PE。</p><p>　　紅電泳液是和黃色顏料相同的球磨碾磨方法。紅色的電泳

13、液含有0.25g修改PR254粒子,10ml四氯乙烯和0.025 g CH-5作為穩(wěn)定劑。</p><p>　　2.4藍(lán)色改性顏料顆粒和電泳液制備</p><p>　　藍(lán)色顏料15(PB15)0.25 g,超分散劑 CH-11 B 0.01 g和超分散劑CH-50.025g10ml四氯乙烯,一定量的硬脂酸負(fù)責(zé)控制添加劑。藍(lán)色的電泳懸浮液由球磨方法如2.2部分所述。</p>&

14、lt;p>　　2.5雙分子系統(tǒng)電泳液的制備</p><p>　　含有二氧化鈦/ PMMA(0.1mol; 0.1 M)復(fù)合粒子(在我們實(shí)驗(yàn)室)[13、14]的白色電泳懸浮液也是由球磨粘磨方法制成的。Y-W、 R-W或B-W色的電泳液雙分子體系是由混合兩種電泳液和超級(jí)分散0.5 h獲得的。</p><p>　　電泳懸浮液體積比黃色/白色,紅色/白色和藍(lán)白色分別設(shè)定在1/1,1/10和1

15、/2。</p><p>　　2.6著色微膠囊的制備和涂覆</p><p>　　以的明膠和阿拉伯樹膠凝聚制備的微膠囊為墻體材料。首先，阿拉伯樹膠(0.4 g)在20ml溶解在去離子水在50℃攪拌30分鐘。如在2.5節(jié)中描述的制備彩色電泳懸浮液(3ml)進(jìn)入水相（aqueous phase）。</p><p>　　乳狀液再在900轉(zhuǎn)/分速度下攪拌2分鐘，在將攪拌速度降低

16、到300r/min。五分鐘后將(20ml,0.2M)明膠水溶液自由滴入。</p><p>　　通過添加（10 %）醋酸溶液調(diào)節(jié)PH值到3.8。將乳狀液漸漸冷卻到10℃并放置一個(gè)小時(shí)。</p><p>　　之后滴加戊二醛溶液（5%,5ml）做墻體材料的交聯(lián)劑，聚合物將溫度降至0℃再放置一個(gè)小時(shí)。沉淀微膠囊用離子水多漂洗幾次至干凈為止，就這樣獲得了彩色電子墨水。</p><

17、p>　　聚乙烯醇(PVA)（5 %）作為粘合劑通過一個(gè)自制的涂布機(jī)（涂布設(shè)備）將彩色（著色）微膠囊涂布到銦錫氧化物(ITO)膠片上。微膠囊/PVA重量比是3/1,涂布率為60mm/分鐘，涂層高度是0.75mm。自然干燥后,涂層微膠囊與聚氨酯膠粘劑粘合L758在圖案電極。就這樣獲得了彩色微膠囊化的電泳顯示器原型。</p><p><b>　　2.7表征</b></p>&l

18、t;p>　　產(chǎn)品的化學(xué)組成粒子被發(fā)現(xiàn)傅里葉變換紅外光譜法(IR、BID-RAD3000掃描400 e4000 cm-1)和x射線光電子能譜(XPS,PHI -1600年，PerkineElmer，USA)。表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)研究了透射電子顯微鏡(TEM,杰姆-2001 f,Jeol、日本)和掃描電子顯微(SEM、S4800、日立、日本)。粒度分布,電動(dòng)電勢和顏料粒子的電泳遷移率的測量由電動(dòng)電勢和亞微米粒度分析儀(Delsa Nano美

19、國貝克曼Coulter C)測得。此外,微膠囊在CCD光學(xué)顯微鏡 (BX51、奧林巴斯、日本) 觀察。</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1有機(jī)顏料粒子的改性</p><p>　　顏料黃13是傳統(tǒng)的雙重氮顏料。然而,不良的耐溶劑性和耐光性限制了其在電泳顯示器的應(yīng)用[15]。nm二氧化硅層表面涂布有機(jī)顏

20、料顆粒改善耐溶劑性和耐氣候[16],在我們以前的工作中有介紹[17]。圖2是制備核殼復(fù)合粒子的示意圖。首先,黃色顏料分散在溴化十六烷基三甲銨(CTAB ）/水溶液,二氧化硅殼沉淀到通過水玻璃（硅酸鈉）水解的顏料表面（92攝氏度和pH為9—10）。硅烷偶聯(lián)劑3 -氨基丙基三乙氧基硅烷 嫁接到表面復(fù)合粒子,親脂性的和高電性的表面就形成了。圖2 b顯示了顏料改性前后地傅立葉變換紅外光譜變化。（Si-O）伸展振動(dòng)1080-1100 cm-1,S

21、iO-Si彎曲460 480 cm-1的修改后的顏料證實(shí)了硅的存在。的NH伸縮振動(dòng)是由于氨基可以在3420—3440 cm-1之間找到。為了確認(rèn)3氨基丙基三乙氧基硅烷的嫁接、XPS分析來得到實(shí)現(xiàn)。圖2 d顯示了二氧化硅涂層和改性黃色顏料的XPS譜。硅涂料顏料和改性顏料的比較表明Si2p XP的轉(zhuǎn)變的信號(hào)從103.68 eV 103.40 eV和o1的轉(zhuǎn)變532.93 eV- 532.65 eV,對(duì)應(yīng)的換Si-O-H表面嫁接后Si&

22、lt;/p><p>　　許多紅色有機(jī)顏料已經(jīng)在電泳顯示器的應(yīng)用程序中用到[18 19]。在本文中,我們選擇高性能的顏料紅254、顏料功能紅色的電泳粒子。盡管低分子體、DPP顏料是高度不溶性和化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定。這樣的反應(yīng)可以歸因于強(qiáng)分子間作用力的顏料晶體兩個(gè)平面之間的晶格的存在,例如,π-π鍵交互分子與H-bonds在NH與氧氣[20、21]。來提高溶劑的親和力,涂上顏料聚乙烯。PE膜覆蓋在顏料呈現(xiàn)化學(xué)的改性表面充

23、電并提供顏料粒子之間的空間屏障來防止集聚。圖3介紹了傅立葉變換紅外光譜的紅色顏料粉末。C-H伸縮振動(dòng)的峰值2918 cm-1和2849 cm-1確認(rèn)改性粒子紅顏料涂上PE。TEM顯微圖在圖3 b表明,該粉末在溶液中有改性PE有球型的形狀和理想分散性。銅酞菁,極好的的全面牢度特性,是發(fā)生在不少于五水晶的改性[22]。藍(lán)色色素15銅酞菁作為一種?型形式存在。眾所周知,一種不穩(wěn)定、容易轉(zhuǎn)換為?型。因此,在本文中,我們使用輔助分散劑CH-11B

24、(4%,相對(duì)于顏料)改善?型銅酞菁在溶劑中的穩(wěn)定性。在藍(lán)色的電泳液制備過程中,銅酞菁在四氯乙烯的溶解性在相轉(zhuǎn)換發(fā)揮了決定性的作用。作為酞菁的衍生物,CH-11B有于</p><p>　　3.2電泳液中粒子分散穩(wěn)定性和粒子的荷電率</p><p>　　通常情況下,中低分量表面活性劑在有機(jī)介質(zhì)被視為分散劑電動(dòng)油墨為均質(zhì)化和顏料粒子穩(wěn)定化的制備中。然而,眾所周知,被表面活性劑粒子改性的粒子在非極

25、性溶媒中很容易絮凝和凝固。在以獲得更穩(wěn)定的包括電泳粒子的分散液體系,一個(gè)更有效的穩(wěn)定層被吸收到粒子表面是必要的。電泳懸浮液使均勻顏料粒分散體系的制備中我們用超分散劑CH-5(10%)相對(duì)于顏料。CH-5是一個(gè)脂肪酸聚合物衍生品與多個(gè)錨定組和可溶性聚合物鏈。彩色電泳液是由懸浮在被球磨過的帶有CH-5四氯乙烯的改性顏料制造的。當(dāng)CH-5添加到表面時(shí),其錨定羧基鍵附在顏料表面,它的聚丙烯鏈附這些上微球阻止他們聚集[24]。具備好的分散穩(wěn)定性的

26、彩色電泳懸浮液就這樣產(chǎn)生了。電泳懸浮液粒度分布和SEM color-modified色素顆粒的顯微圖圖5所示。表明修改后的顏料表面光滑,類球形狀和小粒徑窄尺寸分布。通過試驗(yàn)結(jié)果反映了大小分布,我們可以看到的黃色,紅色和藍(lán)色改性粒子平均大小分別是217.7nm,155.2nm,80.3 nm,樣品多分散性指數(shù)分別0.374,為0.330和0.280。</p><p>　　為了應(yīng)用到電泳顆粒顯示器,懸浮的顆粒需要重復(fù)

27、電泳遷移外加電壓的極性改變的情況下,所以的荷電率粒子是確定的速度或效率的關(guān)鍵因素。在暫停的情況下非水液體粒子帶電離解的主要結(jié)果面組或離子表面活性劑的吸附的CH-5,這是用于暫停修改后的粒子,是一種脂肪酸聚合物衍生許多羧基組。第五章反應(yīng)的羧基組積極組織修改后的粒子,粒子負(fù)責(zé)主要是由于剩下的羧基組第五章。因此,生成的粒子通常有負(fù)面帶電表面。電動(dòng)電勢和電泳淌度的修改黃色、紅色和藍(lán)色有機(jī)顏料粒子在四氯乙烯以電動(dòng)電勢和亞微米粒子大小分析儀在表1。

28、我們可以看到,紅色顏料有良好的荷電率遷移。然而,電泳淌度的黃色和藍(lán)色顏料足夠的,所以需要控制添加劑的液體來提供更多的指控。在黃色的電泳液和CTAB硬脂酸在藍(lán)色的電泳液用作充電控制添加劑。圖6顯示了不同數(shù)量的的影響電荷控制添加劑對(duì)色素顆粒的電動(dòng)電勢在電泳料漿。最佳用量為15% CTAB相對(duì)黃色顏料和20%硬脂酸相對(duì)于藍(lán)色顏料。</p><p>　　3.3彩色微膠囊改性粒子的顏色響應(yīng)行為</p><

29、;p>　　考察改性有機(jī)顏料顆粒的可行性電泳粒子的微膠囊，雙粒子系統(tǒng)采用復(fù)凝聚的共同進(jìn)行兩種帶相反電荷的聚合物中和，明膠阿拉伯膠。圖8是光學(xué)顯微鏡圖像的顏色在ITO膜展開后的微膠囊。它被發(fā)現(xiàn)這阿拉伯樹膠膠微囊表面光滑，良好的球形度和優(yōu)異的透明性，其平均粒徑為關(guān)于30-50mm。在ITO鍍膜后，微膠囊保持平和彼此緊密相連，這是由于該對(duì)強(qiáng)度。</p><p>　　探討色素顆粒的反應(yīng)行為外加電壓下的微膠囊，微膠囊的

30、干燥固定在兩根平行的銅電極的中間它們之間施加的直流電壓。圖9（a）的顯微照片含有黃色和白色顆粒膠囊。在沒有電場，隨機(jī)分布的色素顆粒在膠囊。正直流電場（E=100v/mm）的應(yīng)用上電極，黃色顆粒向上移動(dòng)快，白色的顆粒被拉回來，所以我們可以看到黃色的顏色在前面的電極。當(dāng)磁場反向，粒子遷移的可逆性，和前面的電極顯示的顏色白色顆粒。研究結(jié)果表明，改性粒子在一個(gè)有微膠囊可逆電反應(yīng)施加的電壓。顯示樣機(jī)已制備的涂層在圖案化的ITO薄膜基板的微膠囊。圖

31、9（b）是顯示紅色和藍(lán)色圖案的白色背景外加電壓下。圖案的顏色變化，當(dāng)應(yīng)用電壓，顯示圖像的原理在微膠囊化EPDS的形成過程。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　在本文中，我們描述了成功的表面改性黃色，紅色和藍(lán)色有機(jī)顏料顆粒，分散在溶劑介質(zhì)中，利用電泳顯示微膠囊。提高電泳特性，黃色顆粒附著表面表面上的SiO2，并用硅烷偶聯(lián)劑耦合。紅色顏料涂