一种电泳显示粒子及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电泳显示粒子。其包括颜料粒子；所述颜料粒子为纳米级颜料粒子，所述纳米级颜料粒子的外表面形成一亲油或亲水表面改性层，所述亲油或亲水表面改性层外表面包覆一层带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物。还公开了其制备方法。本发明的电泳显示粒子，密度和粒径可调控，粒径分布单一，微球成完美球状，光泽性好，高分子层中的大量活性官能团能吸附大量电荷，使带电粒子电泳性能增强。而本发明的制备方法操作简单，反应温和，可以制备各种复杂的多相电泳显示粒子，粒子粒径分布单一稳定，无团聚和快速沉降等现象，粒子密度低；此方法不仅可以促进电泳显示行业的发展，还能在未来的多个领域应用，其价值不可估量。
【专利说明】一种电泳显示粒子及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电泳显示【技术领域】，具体涉及一种电泳显示粒子及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电泳显示技术最早出现在胶体溶液和生物大分子领域，在电场作用下，利用物质 的荷质比的差异来分离不同大小的颗粒或不同分子量大小的物质，以达到不同物料的分级 和提纯。
[0003] 近年来，研发人员采用电泳的方法制备了新一代显示屏，他们将不同颜色的带电 粒子制备成悬浮液，将不同悬浮液混合后，进行乳化包覆成微胶囊，再将胶囊通过涂布的方 式固定在导电膜上，在外加电压的作用下使不同颜色的粒子显示不同的画面。这种新一代 的显示屏，依靠微量电压（5-40V)即可显示，且待机时间接近1个月；即使在没有电源的情 况下也能保持早期画面的高清、稳态显示；其依赖粒子的反射光源来显示，如同观看书本， 对视力保护极佳；其所用原料为微量无机物，绿化环保；其可制备成柔性薄膜显示，质轻和 携带方便，实用空间及其广泛。
[0004] 虽然粒子电泳显示技术市场前景美好，但当前的技术还不太稳定，如电泳粒子的 粒径过大，分布过宽，形貌多样，各粒子荷质比各异，响应不同步；电泳液为有机试剂，而电 泳粒子多以无机物为主，二者密度差距过大，严重影响了粒子的电场响应时间和双稳态显 示；如果完全采用单一高分子微球来制备电泳粒子是可以改善粒子粒径、形貌，以及和电泳 液的密度差距，但有机分子色泽不佳，也容易在电泳液中发生溶胀和微球解离等现象。因 此，为了进一步提高电泳粒子性能和制备出更高质量的产品，开发出一种新的电泳粒子是 势在必行。
【发明内容】
[0005] 本发明的第一个目的提供一种能提高性能的电泳显示粒子，以解决现有技术的不 足之处。
[0006] 本发明的第二个目的在于提供上述电泳显示粒子的制备方法。
[0007] 为达到第一个目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种电泳显示粒子，包括颜料粒子；所述颜料粒子为纳米级颜料粒子，所述纳米级 颜料粒子的外表面形成一亲油或亲水表面改性层，所述亲油或亲水表面改性层外表面包覆 一层带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物。
[0009] 所述纳米级颜料粒子的的形貌可以是任意形貌，粒径优选为1-80纳米，进一步优 选为5-50纳米。
[0010] 作为优选，所述纳米级颜料粒子主要为无机物，并应具有高色泽性，如二氧化钛、 四氧化三铁、三氧化二铬、碱式碳酸铜(铜绿)和苏丹红。无机物成分可以是单一成分也可以 是多种混合；可以是氧化物或无机盐。
[0011] 所述油溶性或水溶性聚合物应具有高透光性和含有大量的活性官能团，所述活性 官能团选自-OH、-NH3、-COOH、-CONH-、-Cl和它们至少两种的组合。
[0012] 为达到第二个目的，本发明采用如下技术方案：
[0013] 一种电泳显示粒子的制备方法，由如下步骤组成：
[0014] A、使纳米级颜料粒子外表面形成亲油或亲水表面改性层，得改性颜料粒子；
[0015] B、使改性颜料粒子表面包覆带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物，得复合微 球。
[0016] 作为优选，在A步骤中，将纳米级颜料粒子分散至分散剂后加入偶联剂，然后进行 超声波处理，最后进行离心清洗处理，得改性颜料粒子。
[0017] 作为优选，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，优选钛酸酯偶联剂。
[0018] 作为优选，在B步骤中，将改性颜料粒子均匀分散于带有活性官能团的油溶性或 水溶性聚合物溶液中，得稳定悬浮液；对稳定悬浮液进行乳化处理，得乳化液；对乳化液进 行干燥处理，得复合微球。
[0019] 作为优选，所述聚合物选自PVA、PMMA、PS、PE、PP、PE0、低分子PEG400、丙三醇和它 们至少两种的混合物。
[0020] 作为优选，所述乳化处理采用的乳化剂可以是大分子型，也可以是小分子型，可以 是单一试剂，也可以是多种复配乳化剂，可以是亲油型或者亲水型，优选成膜性能较好的高 分子乳化剂，如PVA、明胶、水解苯乙烯-马来酸酐共聚物、ΡΕ0和PEG20000等。
[0021] 作为优选，整个制备过程的温度为30?80°C。
[0022] 作为优选，在B步骤中，乳化处理过程中乳化头的转速为1000?10000r/min，乳化 时间为10?120分钟。
[0023] 作为优选，在B步骤中，可以采用先离心后烘干的干燥方式，也可以采用喷雾干燥 方式，优选采用喷雾干燥方式，喷雾干燥温度为50?150°C。
[0024] 本发明的电泳显示粒子，密度和粒径可调控，粒径分布单一，微球成完美球状，光 泽性好，高分子层中的大量活性官能团能吸附大量电荷，使带电粒子电泳性能增强。而本发 明的制备方法操作简单，反应温和，可以制备各种复杂的多相电泳显示粒子，粒子粒径分布 单一稳定，无团聚和快速沉降等现象，粒子密度低；此方法不仅可以促进电泳显示行业的发 展，还能在未来的多个领域应用，其价值不可估量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明所述电泳显示粒子的结构示意图。
[0026] 图中：
[0027] 1-纳米级颜料粒子；2-亲油或亲水表面改性层；3-带有活性官能团的油溶性 或水溶性聚合物。
【具体实施方式】
[0028] 现结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0029] 如图1所示，本发明所述的电泳显示粒子，其内核为纳米级颜料粒子1，该纳米级 颜料粒子的外表面形成一亲油或亲水表面改性层2,所述亲油或亲水表面改性层2外表面 包覆一层带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物3。
[0030] 上述的纳米级颜料粒子的的形貌可以是任意形貌，粒径优选为1-80纳米，最好为 5-50纳米。
[0031] 上述的纳米级颜料粒子主要为无机物，并应具有高色泽性，如二氧化钛、四氧化三 铁、三氧化二铬、碱式碳酸铜(铜绿)和苏丹红。无机物成分可以是单一成分也可以是多种混 合；可以是氧化物或无机盐。
[0032] 上述的油溶性或水溶性聚合物应具有高透光性和含有大量的活性官能团，所述活 性官能团选自-OH、-NH 3、-C00H、-C0NH-、-C1和它们至少两种的组合。
[0033] 上述电泳显示粒子的制备方法如下：
[0034] A、改性颜料粒子制备：在温度为30?80°C的条件下，将纳米级颜料粒子分散至分 散剂后加入偶联剂，然后进行超声波处理，使纳米级颜料粒子外表面形成亲油或亲水表面 改性层，最后进行离心清洗处理，得改性颜料粒子；
[0035] B、复合微球制备：将改性颜料粒子均匀分散于带有活性官能团的油溶性或水溶性 聚合物溶液中，得稳定悬浮液；对稳定悬浮液进行乳化处理，乳化处理过程中乳化头的转速 为1000?10000r/min，乳化时间为10?120分钟，得乳化液；对乳化液进行干燥处理，使 改性粒子表面包覆带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物，得复合微球。
[0036] 上述的分散剂选自甲苯、乙醇等；上述的偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂， 优选钛酸酯偶联剂。
[0037] 上述的聚合物选自PVA、PMMA、PS、PE、PP、PE0、低分子PEG400、丙三醇和它们至少 两种的混合物。
[0038] 上述乳化处理采用的乳化剂可以是大分子型，也可以是小分子型，可以是单一试 齐U，也可以是多种复配乳化剂，可以是亲油型或者亲水型，优选成膜性能较好的高分子乳化 齐[J，如PVA、明胶、水解苯乙烯-马来酸酐共聚物、ΡΕ0和PEG20000等。
[0039] 上述稳定悬浮液和乳化剂的体积比为1:1?1:20 (V:V)
[0040] 上述干燥处理可以采用先离心后烘干的干燥方式，也可以采用喷雾干燥方式，优 选采用喷雾干燥方式，喷雾干燥温度为50?150°C。
[0041] 实施例1
[0042] 改性颜料粒子制备：
[0043] 将10g二氧化钛（Ti02)粉末(粒径5?50nm)分散至100mL甲苯中，加钛酸酯偶 联剂（TMC-201 ;异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯）1. 5g，超声30min后，将浆液以 3000r/min的转速离心清洗，反复2?3次，得改性Ti02。
[0044] 复合微球制备：
[0045] 将5g改性Ti02分散于30mL的含10%聚十二烷基丙烯酸酯（Mn=50000?80000， d < 1. 3)的甲苯溶液中，在60?70°C下充分搅拌2?3h，得到稳定悬浮液；将所得悬浮液 10mL分散至100mL含有2%的聚乙烯醇（PVA ;醇解度98?99%，Mn=30000?60000)水溶液 中，乳化头5000r/min、乳化15?20min后，将乳液在100°C度烘干，用蒸馏水反复清洗3次， 即得到由聚十二烷基丙烯酸酯、PVA和Ti0 2组成的复合微球，收集粒子微球测试粒径分布 为0· 4?0· 6 μ m,平均粒径0· 51 μ m,粒子密度为2. 83g/mL (金红石型二氧化钛，P =4. 2? 4. 3g/mL)。
[0046] 实施例2
[0047] 改性颜料粒子制备：
[0048] 将5g铜铬黑粉末(粒径5?20nm)分散至100mL甲苯中，加钛酸酯偶联剂2. 5g，在 45°C下超声30min后，将浆液3000r/min离心清洗，反复2?3次，既得改性铜铬黑。
[0049] 按上述工艺改性5g四氧化三铁纳米粒子（Fe304，粒径15?20nm)。
[0050] 复合微球制备：
[0051] 将3g改性铜铬黑和3g改性Fe304分散于30mL的含15%聚十八烷基丙烯酸酯 (Mn=30000?50000，d < 1. 5)的甲苯溶液中，在60?70°C下充分搅拌2?3h，得到稳定悬 浮液；将所得悬浮液l〇mL分散至100mL含有2%的明胶(乳化剂）水溶液中，乳化头6000r/ min、乳化15?20min后，将乳液在100°C下喷雾干燥，即得到由聚十八烧基丙烯酸酯、明胶、 铜铬黑和Fe30 4组成的复合微球，收集粒子微球测试粒径分布为0. 2?0. 45 μ m，平均粒径 0· 36 μ m，粒子密度为 2. 33g/mL (铜铬黑，P =4. 6 ?4. 8g/mL ;Fe304, P =5. 18g/mL)。
[0052] 实施例3
[0053] 改性颜料粒子制备：
[0054] 将8g氧化铬绿（Cr203)粉末(粒径20?50nm)分散至100mL甲苯中，加钛酸酯偶 联剂1. 5g，超声30min后，将浆液以3000r/min离心清洗，反复2?3次，即得改性Cr203。
[0055] 复合微球制备：
[0056] 将4g改性Cr203分散于50mL的含10%聚十二烷基丙烯酸酯（Mn=50000?80000， d〈l. 3)和2%聚苯乙烯（Mn=50000?80000, d〈l. 3)的甲苯溶液中，75°C下充分搅拌2? 3h，得到稳定悬浮液；将所得悬浮液10mL分散至100mL含有2%的PVA (乳化剂)水溶液中， 乳化头4500r/min、乳化15?20min后，将乳液在100°C度下喷雾干燥，即得到由聚十二烷 基丙烯酸酯、聚苯乙烯、PVA、Cr 203组成的复合微球，收集粒子微球测试粒径分布为0. 5? 0· 63 μ m，平均粒径 0· 58 μ m，粒子密度为 3. 02g/mL (Cr203, P =5. 21g/mL)。
[0057] 实施例4
[0058] 改性颜料粒子制备：
[0059] 将15g二氧化钛（Ti02)粉末(粒径5?50nm)分散至100mL乙醇中，加钛酸酯偶联 齐[J (TMC-201 ;异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯）2. 5g，超声30min后，将浆液3000r/ min离心清洗，反复2?3次，即得到亲水型改性Ti02。
[0060] 复合微球制备：
[0061] 将 5g 改性 Ti02 分散于 30mL 的 8% 的 PVA (醇解度 98 ?99%，Mn=30000 ?60000) 和1%的明胶的溶液中，在60?70°C下充分搅拌l_2h，即得到稳定悬浮液；将所得悬浮液 10mL分散至100mL含有2%的丙二醇脂肪酸酯(乳化剂)的聚四氯乙烯溶液中，乳化头3000r/ min、乳化30min后，将乳液在120°C度下喷雾干燥，即得到由明胶、PVA、丙二醇脂肪酸酯和 Ti02组成的复合微球，收集粒子微球测试粒径分布为0. 3?0. 6 μ m，平均粒径0. 43 μ m，粒 子密度为2. 94g/mL(金红石型二氧化钛，P =4. 2?4. 3g/mL)。
[0062] 实施例5
[0063] 改性颜料粒子制备：
[0064] 将15g二氧化钛（Ti02)粉末(粒径5?50nm)分散至100mL乙醇中，加硅烷偶联剂 (KH-550 ; γ -氨丙基三乙氧基硅烷）1. 5g，超声30min后，将浆液3000r/min离心清洗，反 复2?3次，即得到亲水型改性Ti02。
[0065] 复合微球制备：
[0066] 将5g改性Ti02分散于30mL的8%的PEO (Mn=50000)和1%的明胶的溶液中，在 60?70°C下充分搅拌l_2h，即得到稳定悬浮液；将所得悬浮液10mL分散至100mL含有2% 的丙二醇脂肪酸酯(乳化剂）的聚四氯乙烯溶液中，乳化头3000r/min、乳化30min后，将乳 液在120°C度下喷雾干燥，即得到由明胶、PE0、丙二醇脂肪酸酯和Ti0 2组成的复合微球，收 集粒子微球测试粒径分布为0. 3?0. 6 μ m，平均粒径0. 43 μ m，粒子密度为2. 94g/mL (金红 石型二氧化钛，p =4. lg/mL)。
[0067] 实施例6
[0068] 改性颜料粒子制备：
[0069] 采用实施例1或实施例4或实施例5的方法得到改性Ti02。
[0070] 复合微球制备：
[0071] 将 5g 改性 Ti02 分散于 30mL 的 4% 的 PEO (Mn=50000)、4% 的 PVA (醇解度 98 ? 99%，Mn=30000?60000) 1%的水解苯乙烯-马来酸酐共聚物溶液中，在60?70°C下充分 搅拌l-2h，即得到稳定悬浮液；将所得悬浮液10mL分散至100mL含有2%的Span80 (乳化 齐U)的聚四氯乙烯溶液中，乳化头3000r/min、乳化30min后，将乳液在12(TC度下喷雾干燥， 即得到由水解苯乙烯-马来酸酐共聚物、PE0、PVA、Span80和Ti0 2组成的复合微球，收集粒 子微球测试粒径分布为0. 3?0. 6 μ m，平均粒径0. 43 μ m，粒子密度为2. 94g/mL (金红石型 二氧化钛，P =3. 9 ?4. lg/mL)。
【权利要求】
1. 一种电泳显示粒子，包括颜料粒子，其特征在于，所述颜料粒子为纳米级颜料粒子， 所述纳米级颜料粒子的外表面形成一亲油或亲水表面改性层，所述亲油或亲水表面改性层 外表面包覆一层带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物。
2. 根据权利要求1所述的一种电泳显示粒子，其特征在于，所述纳米级颜料粒子的粒 径为1-80纳米。
3. 根据权利要求1或2所述的一种电泳显示粒子，其特征在于，所述颜料粒子选自二氧 化钛、四氧化三铁、三氧化二铬、碱式碳酸铜和苏丹红。
4. 根据权利要求1所述的一种电泳显示粒子，其特征在于，所述活性官能团选 自-OH、-NH3、-COOH、-CONH-、-C1和它们至少两种的组合。
5. 如权利要求1所述一种电泳显示粒子的制备方法，其特征在于，由如下步骤组成： A、 使纳米级颜料粒子外表面形成亲油或亲水表面改性层，得改性颜料粒子； B、 使改性颜料粒子表面包覆带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物，得复合微球。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，A步骤中，将纳米级颜料粒子分散至 分散剂后加入偶联剂，然后进行超声波处理，最后进行离心清洗处理，得改性颜料粒子。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸 酯偶联剂。
8. 根据权利要求5至7任一所述的制备方法，其特征在于，B步骤中，将改性颜料粒子 均匀分散于带有活性官能团的油溶性或水溶性聚合物溶液中，得稳定悬浮液；对稳定悬浮 液进行乳化处理，得乳化液；对乳化液进行干燥处理，得复合微球。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物选自PVA、PMMA、PS、PE、 PP、PEO、低分子PEG400、丙三醇和它们至少两种的混合物。
10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述乳化处理采用的乳化剂选自成 膜性能好的高分子乳化剂，包括PVA、明胶、水解苯乙烯-马来酸酐共聚物、PEO和PEG20000。
【文档编号】C09C1/36GK104140691SQ201310169565
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】丁明亮, 黄伟杰, 陈艳峰, 欧阳赛红, 罗雪君 申请人:广州奥翼电子科技有限公司