[发明专利]一种电子纸用彩色微球的合成及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子纸用彩色微球的合成及其应用，尤其是涉及一种具有表面活性的染色高分子微球的合成方法，以及色球在与其相匹配的介质中稳定分散并可发生电泳效果的应用。属于电子纸用色球的制造技术领域。

背景技术

目前，用于电泳的微胶囊大体分为粉状和反转球两种，共同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。这样的微胶囊普遍存在一个共同的问题是，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。

不同颜色的微胶囊，要根据所用颜料的种类和特性，采用不同的合成方法制备；与微胶囊相匹配的电泳介质，亦将根据微胶囊的特性来选材配置。

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，用脲醛树脂的，偏氯乙烯-二乙烯苯共聚物的等作为微胶囊外壳，虽然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；而用含硅的丙烯酸酯类聚合物包覆颜料粒子，虽然具有一定的柔韧性和抗团聚性能，但聚合物的主链结构是线型结构的，依然缺乏较高的机械强度。

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，因此该类微胶囊对壳聚合物的要求比较苛刻。

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。

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，如四氯乙烯、甲苯、二甲苯等，将会给环境造成一定的污染。

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，维持体系稳定的，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。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有技术的不足，提供一种具有表面活性的染色高分子彩色微球，即色球的合成方法，以及该色球在与其相匹配的介质中稳定分散，并在电场下发生电泳效果的应用。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

合成微球，首先采用乳液聚合或分散聚合的方法合成核，然后在核的表面包覆壳层聚合物，最后表面离子化改性；微球染色成为色球，利用离子化较强的水溶性酸性染料染色；电泳介质的选择，是筛选与色球密度相近，且对色球具有非溶解性和化学惰性的溶剂；电泳器件的制作，是在ITO玻璃或薄膜电极内侧附上双性不亲的多孔聚合物薄膜作为电泳泳道，形成一个点阵电泳池。

微球的合成

微球是表面具有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，微球的合成又分为三个部分：内核的合成，壳层的合成，壳层的改性。

1、内核的合成

内核的合成采用的是自由基共聚合的原理，聚合方法为乳液聚合或分散聚合。因此，首要问题是根据电泳液制备过程的要求，选择合适的聚合单体。

电泳液的制备过程，主要是色球在电泳介质中分散的过程。所以，色球要求有一定的柔韧性和抗冲击能力，这一功能主要体现在质量占很大比重的内核聚合物。因此，合成具有合适玻璃化温度和交联度的内核聚合物是十分重要的。于是单体可以选择苯乙烯、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、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、醋酸乙烯酯等。这些单体均可以用于乳液聚合和分散聚合。

乳液聚合可以采用有皂乳液聚合和无皂乳液聚合。

有皂乳液聚合，则根据单体组合的HBL值的大小，选择与其值相当的乳化剂；也可以选择HBL值相对较大的乳化剂作乳液的辅助稳定剂，最终使体系的稳定性在聚合时实现动态平衡。可以用来选择的乳化剂有十六烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、油酸钠及OP-10等。

无皂乳液聚合，可以选择过硫酸盐类的引发剂和分散剂作为体系动态平衡的稳定剂，比如，过二硫酸钾、过二硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等。

除了上述内容，有皂乳液聚合和无皂乳液聚合在组份上就基本没有差别。最终二种颗粒的表观存在差异，虽然都是依赖自身与介质水之间形成的双电层结构而稳定存在，但无皂乳液聚合产生的乳胶颗粒更加突出双电层结构的特点。