专利名称：电子墨水微胶囊及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电泳显示的电子墨水微胶囊及其制备方法。
背景技术：
电泳显示是基于悬浮在分散介质中的带电粒子的电泳现象而进行显示的技术，具体是使夹在电极间的带电物质在电场的作用下运 动，并通过改变外加电场方向，使得带电物质的运动导致交替显示两种或两种以上不同颜色。与现有的显示技术相比，电泳显示具有高亮度、高对比度、图像稳定、低功耗、柔性等优点。电子墨水是一种用于电泳显示的微胶囊型液态材料，是将电泳粒子和绝缘悬浮液封装于微胶囊内，从而能够抑制电泳粒子的聚集和沉积，提高了电泳显示的稳定性和使用寿命。微胶囊可以通过混合在液体粘合剂中并用喷墨打印、涂刷等方式涂布于基材上，因此可用于柔性显示。Barrett Comiskey等用脲醒树脂微胶囊包封电泳系统。脲醒树脂微胶囊壁材的机械强度较大，但柔韧性较差，因此用这种材料制作柔性电泳时，耐刮、耐压性能较差。Nakamura等公开了一种用于电泳显示的明胶-阿拉伯胶体系微胶囊的制备方法。该微胶囊稳定性好，但由于阿拉伯胶是一种进口产品，大规模的商业用途会导致成本过高；此外阿拉伯胶易降解，长期使用会降低微胶囊的阻隔性。中国专利申请200310108941. 9公开了一种用于电泳显示的微凝胶的制备方法。该制备方法利用苯乙烯-马来酸酐共聚物的水解物与明胶发生复凝聚来制备性能稳定的、密封圆形微胶囊。但是该胶囊对电泳介质的阻隔性有待进一步提高。并且苯乙烯-马来酸酐是石油化工产品，其价格随石油资源的不断消耗而逐渐增长。因此，为了进行大规模生产，必须寻找更加低成本、来源广泛的材料代替阿拉伯胶或苯乙烯-马来酸酐。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，S卩，电子墨水微胶囊阻隔性、柔性较差，且制备成本高，本发明的目的在于提供一种电子墨水微胶囊，包括囊壁和囊芯，所述囊芯为电泳悬浮液，所述囊壁包括明胶层和硅溶胶层。在本发明的电子墨水微胶囊中，明胶层相对硅溶胶层位于电子墨水微胶囊内部。另外，囊壁中二氧化硅与明胶的质量比可以为O. 05 3 1，优选为0.05 2 I。本发明还提供一种制备上述电子墨水微胶囊的方法，该方法通过复凝聚法由明胶和硅溶胶制备所述电子墨水微胶囊。具体可以包括以下步骤a、向娃溶胶中加入电泳悬浮液,制备Pickeriing乳液；b、将明胶水溶液加入到所述Pickering乳液中，进行复凝聚反应；C、将反应液冷却至0°C 15°C，向其中加入交联剂，进行固化反应，优选固化2 10小时，更优选固化3 5小时；d、调节固化反应液的pH值至7 12，优选调节至8 11，然后升温至30°C 60°C继续进行反应，优选反应I 3小时。
本发明的Pickering乳液是指被无机固体颗粒稳定的乳液。所述无机固体颗粒包覆在分散相液滴表面，阻止了液滴之间的聚集，从而制得稳定的油/水分散相。在本发明中，纳米二氧化娃颗粒包覆在电泳悬浮液滴表面，形成稳定的Pickering乳液。通过使娃溶胶与明胶进行复凝聚反应，能够容易地使明胶包覆在电泳悬浮液表面。而在现有技术中，采用传统的液态乳化剂包覆电泳悬浮液表面，在进行复凝聚反应时传统的乳化剂会阻碍明胶对电泳悬浮液的包覆。在上述步骤a中，所述硅溶胶优选为碱性水分散体系，优选其pH值为8 11，硅溶胶中二氧化硅质量百分比为O. I % 25%，优选为1% 16%，特别优选7% 16%。本发明所使用的硅溶胶可以是市售的碱性硅溶胶，也可以利用纳米二氧化硅颗粒自制碱性硅溶胶，所述纳米二氧化娃颗粒的粒径优选为5nm 150nm。在Pickering乳液中，电泳悬浮液与硅溶胶中的二氧化硅的质量比为I 100 1，优选为I 90 1，特别优选为2 90 : I。在上述步骤b中，优选所述硅溶胶的等电点低于所述明胶的等电点。可以利用盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸将反应液PH值调至2. 5 6. 5，优选为2. 5 4，进行所述复凝聚反应。明胶水溶液的质量百分比可以为O. 1% 30%，优选为10% 29%，并且水溶液温度优选为40°C-70°C。所述明胶可以使用A型明胶或B型明胶，优选使用A型明胶。另外，优选二氧化硅与明胶的质量比为O. 05 3 1，更优选为O. 05 2 I。在上述步骤c中，所述交联剂可以选自甲醛、乙醛、丁二醛、戊二醛中的一种或多种。本发明的电子墨水微胶囊由于使用介电常数低的硅溶胶，所以囊壁介电常数低，可以低电压驱动，从而节约能耗，降低成本。并且由于硅溶胶本身无色，不会因老化降解而变色，所以不影响被覆盖物的颜色特性。另外，由于硅溶胶本身化学稳定性极好，又可与明胶发生缩合反应形成紧密结合，明显提高了胶囊壁对电泳介质的阻隔性，而且使囊壁同时满足机械强度和柔韧性的要求，可用于柔性显示。
图I为实施例I的电子墨水微胶囊的结构示意图。
具体实施例方式下面列举具体实施例对本发明的电子墨水微胶囊的制备方法进行说明。但本发明并不限于这些实施例。电泳悬浮液的制备将20g钛白粉、20g偶氮类染料、55g四氯化碳、5g电荷控制剂聚异丁二酸酐混合均匀，制备IOOg电泳悬浮液，备用。实施例I利用去离子水制备IOOg 二氧化硅质量百分比为7%的硅溶胶，其呈碱性。在搅拌状态下向娃溶胶中添加12g电泳悬浮液,形成Pickeriing乳液。将3. 5g明胶溶于31. 5g60°C去离子水中，得明胶水溶液。然后将制得的明胶水溶液加入到上述Pickering乳液中。并向其中缓慢加入醋酸调节PH值至4. O，进行2小时复凝聚反应。将反应液冷却至5°C，力口入3毫升37%的甲醛水溶液使之固化交联5小时。向反应液中缓慢加入3%氢氧化钠溶液调节PH值至8，然后升温至55°C，继续反应2小时，即得到电子墨水微胶囊。实施例2利用去离子水制备IOOg 二氧化硅质量百分比为16. 5%的硅溶胶，其呈碱性。在超声状态下向娃溶胶中添加23g电泳悬浮液,形成Pickeriing乳液。将5. 5g明胶溶于49. 5g60°C去离子水中，得明胶水溶液。然后将制得的明胶水溶液加入到上述Pickering乳液中。并向其中缓慢加入柠檬酸调节PH值至2. 5，进行2小时复凝聚反应。将反应液冷却至5°C，加入3毫升37%的乙醛水溶液使之固化交联5小时。向反应液中缓慢加入3%氢氧化钠溶 液调节PH值至8，然后升温至55°C，继续反应2小时，即得到电子墨水微胶囊。实施例3利用去离子水制备IOOg 二氧化硅质量百分比为1%的硅溶胶，其呈碱性。在超声状态下向娃溶胶中添加90g电泳悬浮液,形成Pickering乳液。将20g明胶溶于49. 5g 60°C去离子水中，得明胶水溶液。然后将制得的明胶水溶液加入到上述Pickering乳液中。并向其中缓慢加入柠檬酸调节PH值至6. 5，进行2小时复凝聚反应。将反应液冷却至5°C，力口入3毫升37%的甲醛水溶液使之固化交联5小时。向反应液中缓慢加入3%氢氧化钠溶液调节PH值至11，然后升温至55°C，继续反应2小时，即得到电子墨水微胶囊。形状观察在扫描电子显微镜下观察实施例I 3中制备得到的含有电子墨水微胶囊的液滴。在扫描电子显微镜下可观察到本发明制备得到的电子墨水微胶囊呈大致圆形，其粒径为O. 8 μ m 5 μ m，且微胶囊表面平滑，视野内无二氧化硅颗粒和明胶分子。显微镜下可观察到本发明的电子墨水微胶囊包括囊芯(即电泳悬浮液)2和由明胶层I和硅溶胶层3构成的囊壁。如图I所示。渗透性评价将实施例I 3中制备得到的电子墨水微胶囊在丙酮溶液中浸泡超声30分钟，结果无电泳悬浮液渗漏。由此证明本发明制备得到的电子墨水微胶囊对电泳介质的阻隔性良好。电子纸器件的性能测试利用实施例I 3中制备得到的电子墨水微胶囊制作电子纸器件，经测试，画面由全黑至全白的响应时间为O. 91 I. 10秒，切断电源后仍可维持全白画面，符合电子墨水微胶囊双稳态显示的特性。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的构思和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种电子墨水微胶囊，包括囊壁和囊芯，其特征在于，所述囊壁包括明胶层和硅溶胶层。
2.根据权利要求I所述的电子墨水微胶囊，其特征在于，所述明胶层相对所述硅溶胶层位于所述电子墨水微胶囊内部。
3.根据权利要求I或2所述的电子墨水微胶囊，其特征在于，所述囊壁中二氧化硅与明胶的质量比为O. 05 3 I。
4.制备权利要求I或2所述的电子墨水微胶囊的方法，其特征在于，通过复凝聚法，由明胶和硅溶胶制备所述电子墨水微胶囊。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括以下步骤 a、向娃溶胶中加入电泳悬浮液，制备Pickering乳液； b、将明胶水溶液加入到所述Pickering乳液中,进行复凝聚反应； C、将反应液冷却至0°C 15°C，向其中加入交联剂，进行固化反应； d、调节固化反应液的pH值至7 12，然后升温至30°C 60°C继续进行反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述硅溶胶为碱性水分散体系，并且所述硅溶胶的等电点低于所述明胶的等电点。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤b中，利用盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸将反应液PH值调至2. 5 6. 5，进行所述复凝聚反应。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤a中，所述电泳悬浮液与所述硅溶胶中的二氧化硅的质量比为I 100 I。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤b的所述明胶水溶液中，明胶质量百分比为O. 1% 30%，并且水溶液温度为40°C -70°C。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤C中的所述交联剂为选自甲醛、乙醛、丁二醛、戊二醛中的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及一种电子墨水微胶囊及其制备方法。所述电子墨水微胶囊包括囊壁和囊芯(2)，所述囊壁包括明胶层(1)和硅溶胶层(3)。所述电子墨水微胶囊通过复凝聚法由明胶和硅溶胶制备得到。本发明的电子墨水微胶囊由于采用碱性硅溶胶作为固体稳定剂，囊壁介电常数低，所以可以低电压驱动，从而节约能耗，降低成本。并且，由于硅溶胶本身化学稳定性良好，可与明胶发生缩合反应形成紧密结合，明显提高了微胶囊壁对电泳介质的阻隔性，从而使囊壁同时满足机械强度和柔韧性的要求，可用于柔性显示。
文档编号C09D11/00GK102641703SQ20111014102
公开日2012年8月22日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者李琳, 舒适, 薛建设, 赵吉生, 赵明 申请人:京东方科技集团股份有限公司