专利名称：一种三色粒子、制备三色粒子的微流体装置、制备方法及电子纸的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色电子纸技术领域，尤其涉及一种三色粒子、制备三色粒子的微流体装置、制备方法及电子纸。
背景技术：
电子纸技术将普通纸张和电子显示技术完美结合，为人们提供一种阅读舒适、超薄轻便、超低能耗的平板柔性显示，是未来显示技术的发展方向。其中Gyricon是一种引起广泛关注的反射型显示技术，也称旋转球显示器(TwistingBall Display),是由光学各向异性球构成的可寻址显示器，这些旋转球能够选择性地将某一面转向观察者，从而实现显示。目前该领域的研究主要集中在黑白双色球，无法获得多色影像，设计和制备各向异性的多彩色化旋转球是Gyricon电子纸实现彩色化显示的关键技术。多彩色化旋转球的表面具有更多的色彩分区，因此一般用于制备黑白双色球的方法不一定适用于制备多色球，这也是很大程度上Gyricon电子纸难以实现彩色显示的原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种三色粒子、制备三色粒子的微流体装置、制备方法及电子纸。本发明所提供的三色粒子是由三种染料和三种光聚合单体在光引发剂存在下光聚合而成的光学各向异性的三色粒子，其中所述三种光聚合单体中至少两种光聚合单体带有不同电荷。其中，所述三色粒子的粒径为5-`100um。其中，所述三色粒子的粒径为10_50um。本发明的另一个目的是提供一种用于制备上述三色粒子的微流体装置。本发明所提供的微流体装置，包括五个微流体通道和紫外灯，所述五个微流体通道分别为三个内流体通道以及两个外流体通道，三个内流体通道位于两个外流体通道中间，三个内流体通道在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，所述两个外流体通道与所述圆形的通道口相连通；所述紫外灯设置于所述圆形的通道口处。其中，所述圆形的通道口的直径为2-100um。本发明的再一个目的是提供一种上述三色粒子的制备方法，包括如下步骤:制备含有第一种染料、第一光聚合单体和光引发剂的第一流体；制备含有第二种染料、第二光聚合单体和光引发剂的第二流体；制备含有第三种染料、第三光聚合单体和光引发剂的第三流体；制备含有表面活性剂的水溶液；将所述第一流体、所述第二流体、所述第三流体和所述含有表面活性剂的水溶液分别注入微流体装置中，
其中，所述微流体装置包括五个微流体通道和紫外灯，所述五个微流体通道分别为三个内流体通道以及两个外流体通道，三个内流体通道位于两个外流体通道中间，三个内流体通道在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，所述两个外流体通道与所述圆形的通道口相连通；所述紫外灯设置于所述圆形的通道口处，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体分别注入所述微流体装置的三个内流体通道，所述含有表面活性剂的水溶液注入所述微流体装置的两个外流体通道；当三种流体在通道口处与所述含有表面活性剂的水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子；其中，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体的性质相同；
所述第一光聚合单体、所述第二光聚合物单体和所述第三光聚合单体中均包含一种相同或单体表面张力大小相似的光聚合单体，所述第一光聚合单体和所述第三光聚合单体种还含有使其分别具有不同电荷的光聚合单体。 其中，所述染料选自红、绿、蓝、黄、紫和黑色染料。所述染料的质量百分数为5%_30%，优选地为10%_20%。其中，所述光聚合单体选自丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、丙烯酰胺。所述光聚合单体的质量百分数为40%_90%，优选地为60%_80%。其中，所述光引发剂选自1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2_吗啉-1-丙酮、2，2- 二乙氧基苯乙酮中的至少一种。所述光引发剂的质量百分数为5%_30%，优选地为10%_20%。其中，所述表面活性剂选自十_■烧基硫酸纳、十_■烧基横酸纳、十TK烧基二甲基漠化铵中至少一种。所述表面活性剂的质量百分数为1%_10%，优选地I % -5%。其中，所述三个内流体通道内的流体的流量为0.lml/hr-lml/hr ο其中,所述两个外流体通道内的流体的流量为lml/hr_5ml/hr。 本发明的又一个目的是提供一种电子纸。本发明所提供的电子纸，包括上述的用于电子纸彩色显示的三色粒子。本发明的用于电子纸彩色显示的三色粒子是光学各向异性的三色粒子，且具有粒径分布均匀、色彩分区明显的优点。本发明的用于电子纸彩色显示的三色粒子可以实现电子纸的彩色化显示。本发明基于微流体技术制备用于电子纸彩色显示的三色粒子，该方法简单方便易批量化生产。
图1为本发明的三色粒子的制备方法的流程图；图2表示微流体装置的示意图；图3表示三个内流体通道Ml、M2和M3汇合在一起形成的通道口的示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种可应用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子。本发明提供的应用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子，是由三种染料和三种光聚合单体在光引发剂存在下光聚合而成的光学各向异性的三色粒子，其中所述三种光聚合单体中至少两种光聚合单体带有不同电荷。不同的染料赋予粒子以不同的颜色，不同的光聚合单体赋予粒子不同的电位便于外交电场控制最终粒子的位置与取向。本发明的用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子具有粒径分布均匀、色彩分区明显的优点。本发明提供了一种应用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子的制备方法。本发明的方法是基于三种具有相同或相似性质的流体，利用微流体法制得具有三种不同颜色的粒子。流体在管道中一般分为层流和絮流两种流动状态，一般管道的尺寸越小，流体在其中的流动就越接近层流状态。本发明中的三种相同或相似性质的流体分别以层流的状态相混合，然后在表面活性剂的作用下，形成球形的液滴，由于紫外灯就设置在通道的出口，光聚合反应在极短的时间内就将粒子形貌固定住，因此色彩分区明显。本发明的方法可以通过如图2所示的微流体装置而实现。图2所示的微流体装置包括五个微流体通道和紫外灯，五个微流体通道分别为三个内流体通道M1、M2和M3以及两个外流体通道Wl和W2，三个内流体通道Ml、M2和M3位于两个外流体通道Wl和W2中间，三个内流体通道Ml、M2和M3在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，两个外流体通道Wl和W与圆形的通道口相连通，如图3所示。三个内流体通道Ml、M2和M3适用于含有不同染料和光聚合单体的流体，两个外流体通`道Wl和W2适用于含有表面活性剂的水溶液。由于含有不同染料和光聚合单体的流体与水相是不混溶的，使得三种含有不同染料和光聚合单体的流体在水中形成液滴。其中，紫外灯设置于所述圆形的通道口处；圆形的通道口的直径为2-100um。具体地，本发明的应用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子的制备方法，如图1所示，包括如下步骤:制备含有第一种染料、第一光聚合单体和光引发剂的第一流体；制备含有第二种染料、第二光聚合单体和光引发剂的第二流体；制备含有第三种染料、第三光聚合单体和光引发剂的第三流体；制备含有表面活性剂的水溶液；将所述第一流体、所述第二流体、所述第三流体和所述含有表面活性剂的水溶液分别注入微流体装置中，其中，所述微流体装置包括五个微流体通道和紫外灯，所述五个微流体通道分别为三个内流体通道以及两个外流体通道，三个内流体通道位于两个外流体通道中间，三个内流体通道在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，所述两个外流体通道与所述圆形的通道口相连通；所述紫外灯设置于所述圆形的通道口处，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体分别注入所述微流体装置的三个内流体通道，所述含有表面活性剂的水溶液注入所述微流体装置的两个外流体通道；
当三种流体在通道口处与所述含有表面活性剂的水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子；其中，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体的性质相同；所述第一光聚合单体、所述第二光聚合物单体和所述第三光聚合单体中均包含一种相同或单体表面张力大小相似的光聚合单体，所述第一光聚合单体和所述第三光聚合单体中还含有使其分别具有不同电荷的光聚合单体。所谓的第一流体、第二流体和第三流体的性质相同，是指它们的差异仅在于含有不同颜色的染料和不同电荷的光聚合单体。本发明所述的染料可选红、绿、蓝、黄、紫、黑等中三种不同颜色的染料，优选红、绿、蓝三种染料。染料的含量太多会影响流体的性质，而太少则会影响粒子的色彩饱和度。因此，染料的质量百分数可以为5%_30%，优选为10%_20%。上述红色染料可选:C.1.溶剂红 3，8，23，24，25，26，30，31，32，49，52，109 等。上述绿色染料可选:C.1.溶剂绿1，3，5，7，28等。上述蓝色染料可选:C.1.溶剂蓝 4，5，6，24，35，63，70，102，104 等。上述黄色染料可选:C.1.溶剂黄 1，5，12，15，16，19，28，62，72，77，93 等。上述紫色染料可选:C.1.溶剂紫9，13，26，36，59等。上述黑色染料可选:C.1.溶剂黑3，5，7，27，34等。本发明所述的光聚合单体可选:丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA-3)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)等。光聚合单体的质量百分数可以根据染料的质量百分数进行调整。聚合单体少而染料含量多会影响流体性质，聚合单体多而染料少会影响粒子的色彩饱和度。因此，光聚合单体的质量百分数可以为40-90%，优选为60%-80%。本发明要求所述的光聚合反应速度较快，具体可为5-500ms，优选<20ms，其中光引发剂可选自:1_羟基环己基苯基甲酮(HCPK)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(HMPP)、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮(MMMP)、2，2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)中的至少一种。光引发剂的量根据光聚合单体的量进行调整，光引发剂的质量百分数可以为5%-30%，优选为 10%-20%。本发明所述的表面活性剂可选自:十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等至少一种。在满足最低乳化的前提下，表面活性剂的量与颗粒的粒径有关，表面活性剂的量大，颗粒的粒径小，反之亦然。表面活性剂的质量百分含量可以为1-10%，优选1-5%。 内流体通道的流量对流体的层流和絮流两种流动状态有影响。流量越大越容易导致流体产生絮流的状态从而易导致色彩区分不明显。本发明的三个内流体通道内的流量可以为 0.l-lml/hr,优选为 0.2-0.5ml/hr。外流体通道的流速主要由内流体通道的流量来决定，通常外流体通道的流量比内流体通道的流速要大。本发明的两个外流体通道内的流量可选l-5ml/hr，优选2-3ml/hr。
本发明的应用于Gyrion电子纸彩色化显示的三色粒子的制备方法中，可以通过流体的特性(表面张力和粘度)以及表面活性剂的浓度调节三色粒子的粒径分布，综合应用性和制备成本，三色粒子的粒径可以为5-100um，优选10-50um。下面结合具体实施方式
来进一步阐述本发明，下面的实施方式仅限于说明本发明而非用于限制本发明。实施例1将lwt%十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液以2ml/hr的流量注入到外流体通道Wl和W2中；第一流体由5被％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(HCPK)，70wt%单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(D MS-Rll)、5wt%单体丙烯酸(AA)和20wt%染料(C.1.溶剂红3)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道Ml中；第二流体由5被％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(HCPK)，75wt%单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)和20wt%染料(C.1.溶剂绿I)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道M2中；第三流体由5被％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(HCPK)，70wt%单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)、5wt%单体丙烯酰胺(AM)和20wt%染料(C.1.溶剂蓝4)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道M3中；当三种流体在微流体装置的通道口处与lwt%+二烷基磺酸钠(SDS)水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子。实施例2将1.2被％十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液以2.5ml/hr的流量注入到外流体通道Wl和W2中；第一流体由5wt%光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基_1_丙酮(HMPP)，70wt%单体季戊四醇三丙烯酸酯(PETA-3)、5wt%单体丙烯酸(AA)和20wt%染料(C.1.溶剂红23)组成，将其以0.4ml/hr的流量注入内流体通道Ml ；第二流体由5wt%2_羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(HMPP)，75wt%单体季戊四醇三丙烯酸酯(PETA-3)和20wt%染料(C.1.溶剂绿5)组成，将其以0.4ml/hr的流量注入内流体通道M2 ；第三流体由5wt%2_羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(HMPP)，70%单体季戊四醇三丙烯酸酯(PETA-3)、5wt%单体丙烯酰胺(AM)和20wt%染料(C.1.溶剂蓝5)组成，将其以
0.4ml/hr的流量注入内流体通道M3 ；当三种流体在微流体装置的通道口处与1.2wt%十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子。实施例3将0.8wt%十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液以1.5ml/hr的流量注入到外流体通道Wl和W2中；第一流体由5被％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(HCPK)，70wt%单体己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、5wt%单体丙烯酸(AA)和20wt%染料(C.1.溶剂红8)组成，将其以
0.25ml/hr的流量注入内流体通道Ml ；
第二流体由5wt%光引发剂1-轻基环己基苯基甲酮((HCPK), 75wt%单体己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和20wt%染料(C.1.溶剂绿3)组成，将其以0.25ml/hr的流量注入内流体通道M2，第三流体由5被％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(HCPK)，70%单体己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、5wt%单体丙烯酰胺(AM)和20wt%染料(C.1.溶剂蓝6)组成，将其以
0.25ml/hr的流量注入内流体通道M3 ；当三种流体在微流体装置的通道口处与0.8wt%十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子。实施例4将lwt%十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液以2ml/hr的流量注入到外流体通道Wl和W2中；第一流体由5被％光引发剂2，2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)，70被％单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)、5wt%单体丙烯酸(AA)和20wt%染料(C.1.溶剂红3)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道Ml，第二流体由5被％光引发剂2，2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)，75被％单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)和20wt%染料(C.1.溶剂绿I)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道M2，第三流体由5被％光引发剂2，2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)，70被％单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)、5wt%单体丙烯`酰胺(AM)和20wt%染料(C.1.溶剂黄5)组成，将其以0.3ml/hr的流量注入内流体通道M3中；当三种流体在微流体装置的通道口处与lwt%+二烷基磺酸钠(SDS)水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子。需要说明的是，上述实施例中均是以所述第一光聚合单体、所述第二光聚合物单体和所述第三光聚合单体中均包含一种相同的光聚合单体，所述第一光聚合单体和所述第三光聚合单体中还含有使其分别具有不同电荷的光聚合单体为例进行说明，当然所述第一光聚合单体、所述第二光聚合物单体和所述第三光聚合单体中可以均包含单体的表面张力大小相似的光聚合单体，甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)与丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷的表面张力大小相似，可以进行替换，比如实施例1中第一流体的单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)可以替换为丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷，第二流体中的单体可以为甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)，第三流体中的单体甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷(DMS-Rll)可以替换为丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷。
权利要求
1.一种三色粒子，其特征在于，所述三色粒子是由三种染料和至少三种光聚合单体在光引发剂存在下光聚合而成的光学各向异性的三色粒子，其中所述三种光聚合单体中两种光聚合单体带有不同电荷。
2.根据权利要求1所述的三色粒子，其特征在于，所述三色粒子的粒径为5-lOOum。
3.根据权利要求2所述的三色粒子，其特征在于，所述三色粒子的粒径为10-50um。
4.一种制备权利要求1-3任一所述的三色粒子的微流体装置，其特征在于，所述微流体装置包括五个微流体通道和紫外灯，所述五个微流体通道分别为三个内流体通道以及两个外流体通道，三个内流体通道位于两个外流体通道中间，三个内流体通道在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，所述两个外流体通道与所述圆形的通道口相连通；所述紫外灯设置于所述圆形的通道口处。
5.根据权利要求4所述的微流体装置，其特征在于，所述圆形的通道口的直径为2_100umo
6.一种如权利要求1-3中任一所述的三色粒子的制备方法，包括如下步骤: 制备含有第一种染料、第一光聚合单体和光引发剂的第一流体； 制备含有第二种染料、第二光聚合单体和光引发剂的第二流体； 制备含有第三种染料、第三光聚合单体和光引发剂的第三流体； 制备含有表面活性剂的水溶液； 将所述第一流体、所述第二流体、所述第三流体和所述含有表面活性剂的水溶液分别注入微流体装置中， 其中，所述微流体装置包括五个微流体通道和紫外灯，所述五个微流体通道分别为三个内流体通道以及两个外流体通道，三个内流体通道位于两个外流体通道中间，三个内流体通道在出口端组合成一个横截面为圆形的通道口，所述两个外流体通道与所述圆形的通道口相连通；所述紫外灯设置于所述圆形的通道口处， 所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体分别注入所述微流体装置的三个内流体通道，所述含有表面活性剂的水溶液注入所述微流体装置的两个外流体通道； 当三种流体在通道口处与所述含有表面活性剂的水溶液汇合形成液滴并悬浮于水相中时，进行紫外光照射固化，从而形成光学各向异性的三色粒子； 其中，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体的性质相同； 所述第一光聚合单体、所述第二光聚合物单体和所述第三光聚合单体中均包含一种相同或单体表面张力大小相似的光聚合单体，所述第一光聚合单体和所述第三光聚合单体中还含有使其分别具有不同电荷的光聚合单体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述染料选自红、绿、蓝、黄、紫和黑色染料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述染料的质量百分数为5%-30%。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述染料的质量百分数为10%-20%。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述光聚合单体选自丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷、甲基丙烯酰基丙基二甲基氯硅烷、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、丙烯酰胺。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述光聚合单体的质量百分数为40%-90%。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述光聚合单体的质量百分数为60%-80%。
13.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、2，2-二乙氧基苯乙酮中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂的质量百分数为5%-30%。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂的质量百分数为10%-20%。
16.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的质量百分数为1%-10%。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的质量百分数为1%-5%。
19.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述三个内流体通道内的流体的流量为 0.lml/hr-lml/hr。
20.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述两个外流体通道内的流体的流量为 lml/hr-5ml/hr。
21.一种电子纸，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的三色粒子。
全文摘要
本发明涉及一种三色粒子、制备其的微流体装置、制备方法及电子纸。该三色粒子是由三种染料和至少三种光聚合单体在引发剂存在下光聚合而成的光学各向异性的三色粒子，其中所述三种光聚合单体中的至少两种光聚合单体带有不同电荷。本发明的三色粒子用于电子纸是光学各向异性的三色粒子，且具有粒径分布均匀、色彩分区明显的优点，可以实现电子纸的彩色化显示。
文档编号C08F2/48GK103087259SQ20131002374
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者唐琛, 邓伟, 赵吉生 申请人:京东方科技集团股份有限公司