[发明专利]二氧化钛或染料包埋法合成电子纸用微球的方法及电子纸用微球在低介电常数的介质中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及电子纸用微球的方法及电子纸用微球在介质中的应用；尤其是涉及二氧化钛或染料包埋法合成电子纸用微球的方法及电子纸用微球在低介电常数的介质中的应用。

背景技术

目前，用于电泳的微胶囊大体分为粉状和旋转球两种，它们共同的特点是以颜料颗粒或颜料的悬浮液为核，进行聚合物的外包覆，合成出核-壳型颗粒。现有这些种类的微胶囊具有下述缺陷：

1)由于颜料的比重较大，包覆后的微胶囊，经过一段时间就要沉淀，缩短电泳显示器的寿命。

2)通常，包覆颜料粒子或颜料的悬浮液的微胶囊外壳的机械强度比较弱。比如脲醛树脂、偏氯乙烯-二乙烯苯共聚物等的微胶囊外壳，前述种类微胶囊外壳具有一定的机械强度，但缺乏柔韧性，在分散的过程中很容易打碎；于是，人们开始用含硅的丙烯酸酯类聚合物包覆颜料粒子，这类微胶囊外壳具有一定的柔韧性和抗团聚性能，但是由于聚合物的主链结构是线型结构的，其依然缺乏较高的机械强度。

3)以颜料为核合成的微胶囊，核与壳之间仅仅是分子间作用力，所以该类微胶囊对壳聚合物的要求比较苛刻才能达到设计的要求。

4)以颜料为核合成的微胶囊的重心和形貌，取决于颜料粒子的形貌，形貌不规则的颜料粒子势必给电泳速度带来一定不良影响。

5)目前电子纸中电泳悬浮液使用的分散介质，大多是毒性较高的溶剂，如甲苯、二甲苯等，给环境造成一定的污染。

6)现有的电泳悬浮液中，一般含有电荷控制剂和稳定剂。电荷控制剂使颗粒表面带电，用于维持体系的稳定，如有机硫酸盐、磺酸盐等；稳定剂使微胶囊被有机介质润湿而均匀分散于介质中，同时也为分散体系中悬浮的微胶囊提供空间稳定作用。这两种添加剂决定了整个电泳体系中的各个组分必须要有一定的相容性才能达到设计要求。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供染料包埋法合成电子纸用彩色微球的方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供二氧化钛包埋法合成电子纸用白色微球的方法。

本发明要解决的又一技术问题是提供电子纸用微球在低介电常数的介质中稳定分散并可发生电泳效果的应用。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案的基本构思是：

电子纸用微球囊核的合成方法分为乳液聚合法、分散聚合法和溶胶凝胶法。乳液聚合法或分散聚合法合成彩色微球是，首先将染料溶解在单体中，然后将着色的单体在乳化剂(或分散剂)的作用下分散于水(或溶剂)中之后，进行自由基聚合制造内核，在内核的表面包覆壳层聚合物(表面有反应活性基团的核不用壳层包覆)，最后表面离子化改性；溶胶凝胶法是，将染料分散或者溶解在含硅元素的有机化合物中，然后除掉小分子使之凝胶，再对胶体进行分散制造无机核，在核的表面必须包覆壳层聚合物，最后实现表面离子化改性。二氧化钛的改性是在粒子外包上一层可离子化的树脂，然后再离子化，使之具有永久的表面活性。选择电泳介质，是筛选与微球密度相近，且对微球具有电化学惰性的溶剂。

微球的合成：微球是表面具有阳离子表面活性功能的微球。显然，微球是内部和外层亲和性截然不同的核-壳结构的粒子，内核为主体，外层是微球功能化的表面修饰。因此，白色微球的合成则以二氧化钛作为内核，其表面的修饰过程仅有聚合物包覆和表面离子化两步；其它三原色微球的合成可分为四个步骤：原材料染色，内核的合成，壳层的合成(表面有吡啶基或环氧基的内核可以不要壳层)和微球外层的离子化改性。

作为实现本发明基本构思的第一种技术方案是：染料包埋法合成电子纸用彩色微球的方法，包括如下步骤：

1)原料的选择

①选用的内核单体是苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲酯、4-乙烯基吡啶、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯酯、四氯乙烯之中的一种或任意两种或两种以上的混合物；

②用于单体染色的染料是彩色电子纸的色彩还原基础，是色调逼真程度的根本，也是电子纸耐用程度的一项衡量标准，所以，所用的溶剂染料要从七个方面进行考察：对自由基的化学惰性、抗日晒能力、热稳定性、耐水性、耐碱性、耐酸性以及光谱吸收性能；其中对自由基的化学惰性表示染料不会参与聚合和阻聚作用；抗日晒能力是衡量电子纸耐用性能的重要指标；热稳定性、耐碱性、耐酸性和耐水性均反映了染料在微球合成过程的惰性；光谱吸收性能是色彩还原、色调逼真的基础；

选择如下用于内核单体染色的染料