綠色電子電泳液的制備及性能研究

綠色電子電泳液的制備及性能研究

軟板顯示能具有許多優(yōu)點(diǎn)，能夠顯示出大面積的顯示，超小且裝飾性好。微膠體電子墨水采用電泳顯示原理，將顏色素、深層染料和溶液附著在微袋中，并在微袋中進(jìn)行電子顯微汽儲(chǔ)存。這可以抑制聚合物和存儲(chǔ)在膠囊中的缺點(diǎn)，提高穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。國(guó)內(nèi)外關(guān)于電子顯微鏡技術(shù)的研究發(fā)展迅速。在這項(xiàng)工作中，我們注重對(duì)有機(jī)綠色涂料的電子顯微系統(tǒng)進(jìn)行了研究，包括綠色電子顯微液的選擇和化學(xué)修養(yǎng)，分散介質(zhì)的選擇和制備，電子顯微液的選擇和最佳用量，電子顯微液的性能測(cè)試，以及電子顯微液的微束卡。根據(jù)正交設(shè)計(jì)原理，優(yōu)化電子墨水處，研究綠色電子墨水處的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，實(shí)現(xiàn)分散性好、場(chǎng)地可儲(chǔ)存的反應(yīng)。我們希望找到一種新的電子墨水顯微液的制造方法，并應(yīng)用于綠色電子墨水液的能量聚焦成像材料。這可以為深入研究柔板發(fā)生率的功能材料奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1測(cè)試試劑試驗(yàn)所用化學(xué)試劑見(jiàn)表1.1.2二烷基苯磺酸鈉g的制備在室溫下,將適量的十八胺溶解于40mL的無(wú)水乙醇,加入1.00g的酞菁綠G顆粒,在250mL的三口燒瓶中,用超聲波超聲分散后,加熱回流.在40℃左右下減壓蒸餾除去無(wú)水乙醇,得到十八胺改性酞菁綠G顆粒.1.3單因素響應(yīng)面法采用L9(34)正交表進(jìn)行正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),選取電荷控制劑、超聲時(shí)間、回流時(shí)間和加熱溫度4個(gè)因素,每個(gè)因素分別有3個(gè)水平,電荷控制劑分別為60mg/mL、90mg/mL和120mg/mL,超聲時(shí)間分別為30min、45min和60min,回流時(shí)間分別為30min、60min和90min,加熱溫度分別為70℃、80℃和90℃.1.4綠色電泳液的制備取3mL的四氯乙烯與12mL的1,2-二溴乙烷配成混合液,加入15mg酞菁綠G,加入約40mg穩(wěn)定劑Span-80(山梨醇酐單油酸酯)和約20mg分散劑CH-6(聚乙烯蠟),超聲分散30min,制備綠色電泳液.1.52綠色g電泳溶液的性能1.5.1紅外光譜的測(cè)定將酞菁綠G樣品分散于KBr中,壓片測(cè)定紅外光譜.采用FTIR-8300型紅外光譜儀,波數(shù)范圍在500～4000cm-1,掃描次數(shù)為100次.1.5.2電泳液中菁綠g顏料的粒徑使用N4Plus型激光光散射粒度分析儀測(cè)定電泳液中酞菁綠G顏料的粒徑,測(cè)試角度為90.0°.根據(jù)粒徑的變化,考察改性后顏料的團(tuán)聚現(xiàn)象是否得到改善.1.5.3電泳液分散性和分散穩(wěn)定性的測(cè)定對(duì)配制的電泳顯示液檢查是否分層、沉淀、絮凝,記錄觀察結(jié)果,定性評(píng)價(jià)電泳液的穩(wěn)定性.取少量的電泳顯示液放置于25×25稱(chēng)量瓶中,使用顯微鏡,觀察顏料在分散介質(zhì)中的分散性,定性評(píng)價(jià)電泳液的分散性.取15mg酞菁綠G樣品于具塞試管中,加入1,2-二溴乙烷和四氯乙烯復(fù)配液,加入Span-80和TCE后超聲分散10min,靜置5d后,取電泳液1mL,用2mL四氯乙烯稀釋,以紫外光譜測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)處的透射率,電泳液分散性按DE=(T0-Ts)/T0計(jì)算,其中T0為參比液四氯乙烯的透射率,Ts為電泳液的透射率.根據(jù)電泳液分散性隨時(shí)間變化的曲線,定量分析制備的電泳液分散穩(wěn)定性.1.5.4導(dǎo)電玻璃運(yùn)行狀態(tài)的觀察使用自制的電泳池測(cè)定電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間.采用ITO導(dǎo)電玻璃為電極,間距為10mm.通入直流電,觀察電泳池中綠色電泳液的變化,記錄在某一電壓下顏色變化停止時(shí)的電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間.1.6微膠囊的制備在三口燒瓶中加入尿素和甲醛溶液(U/F=2.0),用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為弱堿性,加熱至70℃,攪拌回流1h,反應(yīng)得到預(yù)聚體.用蒸餾水稀釋預(yù)聚體,加入一定量的電泳顯示液,激烈攪拌1h達(dá)到均勻混合,滴入HCl調(diào)節(jié)pH值為2～3,在此溫度下,反應(yīng)60min.在70～90℃下反應(yīng)制得微膠囊.洗滌,靜置,抽濾,干燥.2結(jié)果與討論2.1菁綠g的表征酞菁綠G是有機(jī)顏料中重要的綠色顏料,化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.經(jīng)過(guò)回流等工藝,十八胺可以在酞菁綠G顆粒表面附著,不僅可以穩(wěn)定顏料的電荷性能,而且提高了電泳液的分散穩(wěn)定性.圖2是酞菁綠G顆粒,十八胺修飾的酞菁綠G以及十八胺的紅外光譜圖.比較發(fā)現(xiàn),改性后C-H鍵在2920cm-1和2850cm-1處的透射強(qiáng)度增大,說(shuō)明十八胺中的氫原子與酞菁綠顏料顆粒表面上的氮原子形成氫鍵,吸附在顆粒表面.2.2電泳顯示液的穩(wěn)定性電泳液分散因素主要有黏度、密度和試劑間的化學(xué)反應(yīng)等.通過(guò)懸浮法測(cè)得使用的酞菁綠G密度為2.06g/mL,常用的分散介質(zhì)四氯乙烯密度為1.62g/mL,所以選用1,2-二溴乙烷(密度為2.17g/mL)和四氯乙烯混合液為分散介質(zhì),調(diào)整1,2-二溴乙烷/四氯乙烯的比例為4∶1時(shí),使分散介質(zhì)的密度(約為2.0g/mL)與顏料顆粒相近,使得顏料顆粒能夠穩(wěn)定的懸浮在液體中.本實(shí)驗(yàn)使用Span-80和CH-6作為電泳顯示液的穩(wěn)定劑.CH-6在常溫下呈膏狀,使用前要先將其加熱融化,再攪拌分散到四氯乙烯中,待冷卻后使用.比較它們對(duì)電泳顯示液穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),CH-6作為穩(wěn)定劑的效果比Span-80好.在同時(shí)使用Span-80和CH-6作為穩(wěn)定劑條件下,效果比單獨(dú)使用一種穩(wěn)定劑的效果要好.2.3影響分散穩(wěn)定性因素的確定本實(shí)驗(yàn)使用正交設(shè)計(jì)方法是為了提高分散穩(wěn)定性和降低電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間.根據(jù)L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)試結(jié)果和對(duì)兩項(xiàng)指標(biāo)的分析總結(jié)見(jiàn)表2.從電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間考察,指標(biāo)值越小越好,故較優(yōu)反應(yīng)條件是A2B3C3D2;從分散穩(wěn)定性方面考慮,指標(biāo)值越大越好,則較優(yōu)反應(yīng)條件是A1B1C2D1.綜合分析,因素A電荷控制劑對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間是主要因素,對(duì)分散穩(wěn)定性是較主要的因素,故取A2;因素B超聲時(shí)間對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間是次要因素,對(duì)分散穩(wěn)定性也是較次要的因素,又從縮短反應(yīng)時(shí)間來(lái)考慮,故取B1;因素C回流時(shí)間對(duì)分散穩(wěn)定性是主要因素,對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間是較次要因素,故取C2;因素D加熱溫度對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間是較主要的因素,對(duì)分散穩(wěn)定性是次要因素,故取D2.所以,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是A2B1C2D2.以1g酞菁綠G為例,加入90mg改性劑十八胺,超聲分散30min,加熱反應(yīng)溫度控制在80℃,加熱回流持續(xù)60min,40℃左右減壓蒸餾除去無(wú)水乙醇,可以得到分散穩(wěn)定性好和電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間短的電泳液.2.4改性劑對(duì)菁綠g分散穩(wěn)定性的影響激光光散射粒度分析表明,酞菁綠G顆粒的平均粒徑為431.7nm,酞菁綠G經(jīng)過(guò)十八胺的化學(xué)修飾后,平均粒徑為376.2nm.經(jīng)十八胺化學(xué)修飾的酞菁綠樣品,粒徑分布明顯減小,有利于在分散介質(zhì)中均勻分散.由于十八胺有-NH2存在,通過(guò)-NH2中的氫與酞菁綠顏料表面上的氮形成氫鍵而被吸附到顏料表面上,以親油的碳?xì)滏溞纬晌桨材?這種包覆膜能有效的阻止顏料粒子在干燥過(guò)程中的聚結(jié),抑制顆粒繼續(xù)長(zhǎng)大,從而得到細(xì)小的顏料粒子.在分散介質(zhì)中,當(dāng)顏料顆粒互相靠近時(shí),還能起到阻止其絮凝的作用.圖3顯示十八胺改性后的酞菁綠G的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減輕.電泳液分散穩(wěn)定性的分析表明,未改性樣在混合介質(zhì)的分散性起始維持在48%,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),其分散性呈較為明顯的下降趨勢(shì);1～9號(hào)改性樣酞菁綠G分散穩(wěn)定性都有一定程度的提高,效果有所不同.4號(hào)改性樣分散性能改善最為明顯,分散性能提高了20%以上;7號(hào)改性樣的分散性改善效果最差,分散性能提高了10%左右;其他樣品介于7號(hào)和4號(hào)之間,提高了10%～20%,見(jiàn)圖4.2.5電泳液的制備及用量的確定本工作制備的綠色電泳液通入直流電后,電泳顆粒向電源正極移動(dòng),一定時(shí)間內(nèi),全部吸附到ITO導(dǎo)電玻璃上,顯示了電場(chǎng)響應(yīng).如果調(diào)換正負(fù)電極,電泳顆粒仍向電源的正極方向移動(dòng),說(shuō)明所制備的綠色電泳液具有負(fù)電荷,在直流電場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)了可逆移動(dòng),見(jiàn)圖5.在不同的直流電壓下,電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間不同,結(jié)果如表3.在電極間距、黏度和懸浮液相同的情況下,電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間與所加電壓成反比,即隨著兩端所加電壓的升高,電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間逐漸縮短.分散介質(zhì)介電常數(shù)對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間的影響是明顯的.使用四氯乙烯配制電泳液,在不同直流電壓下的電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間見(jiàn)圖6,使用1,2-二溴乙烷/四氯乙烯混合液制備電泳液,在不同直流電壓下的電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間見(jiàn)圖7.在相同的電壓下,電泳顆粒在四氯乙烯中的電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間比在1,2-二溴乙烷/四氯乙烯中小.這是因?yàn)?,2-二溴乙烷具有比四氯乙烯大的介電常數(shù),1,2-二溴乙烷/四氯乙烯復(fù)配液的介電常數(shù)比四氯乙烯要大,會(huì)延遲酞菁綠帶電顆粒對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng).選擇密度較大,介電常數(shù)較小的分散介質(zhì),制備穩(wěn)定性好,電場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間短的電泳液有待進(jìn)一步研究.2.6制備微膠囊圖8是酞菁綠電子墨水微膠囊的顯微鏡照片(放大倍數(shù)100).以脲醛樹(shù)脂為壁材制備的電子墨水微膠囊的形狀較好,尺寸約為75μm,膠囊表面光滑平整.制備微膠囊的工藝條件包括表面活性劑、溫度、pH值和攪拌時(shí)間等,有關(guān)工作將另文發(fā)表.電泳顯示液的制備以電荷控制劑十八胺化學(xué)修飾酞菁綠G顏料顆粒,以四氯乙烯和1,2-二溴乙烷復(fù)合液為分散介質(zhì),以Span-80和CH-6為穩(wěn)定劑,制備了分散性穩(wěn)定性良好的綠色電泳顯示液.酞菁綠G顆粒表面以氫鍵形式吸附十八胺,具有負(fù)電荷性質(zhì),酞菁綠G在分散