專利名稱：聚合物涂覆的介電粒子及配制物和制備它的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于電泳圖像顯示、靜電印刷或其類似中的、涂覆以氟聚合物的介電顏料粒子，及其相應(yīng)的配制物和制備它的方法。
電泳效應(yīng)是人所共知的，現(xiàn)有的技術(shù)中充斥著大量的描述此效應(yīng)的專利和文獻(xiàn)。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，電泳效應(yīng)發(fā)生的原理是，某些粒子，當(dāng)懸浮在一種介質(zhì)中時，能夠帶上電荷并進(jìn)而被誘導(dǎo)穿過介質(zhì)遷移到帶有相反電荷的電極。靜電印刷和電泳圖像顯示器(EPID)利用電泳效應(yīng)來產(chǎn)生所要的圖像。利用電泳效應(yīng)的設(shè)備，優(yōu)選例如見美國專利4,732,830，于1988年3月22日授權(quán)給Frank J.DiSanto等，標(biāo)題ELECTROPHORETIC DISPLAY PANELS AND ASSOCIATEDMETHODS，轉(zhuǎn)讓給Copytele公司，即本文中的受讓人。
在現(xiàn)有的EPID技術(shù)中，介電粒子懸浮于透明的或同介電粒子相比呈光學(xué)對照色的流體介質(zhì)中。為在粒子和懸浮介質(zhì)之間產(chǎn)生最強(qiáng)烈的光學(xué)對比，希望是淺色的粒子懸浮在深色的介質(zhì)中或者黑色的粒子懸浮在逆光透明的介質(zhì)中。有大量的顏料粒子和分散介質(zhì)組合物在技術(shù)中是已知的。比如參見美國專利4,298,444，于1981年11月3日授權(quán)給K.Muller等，標(biāo)題ELECTROPHORETIC DISPLAY。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，已證明很難制備介電的、均一粒徑的、并具有匹配常用懸浮介質(zhì)的密度的黑色電泳粒子。結(jié)果是，EPID通常采取將容易制備的淺色電泳顏料粒子懸浮在含有深色染料的介質(zhì)中。此類EPID例見美國專利4,655,897，授權(quán)給DiSanto等；美國專利4,093,534，授權(quán)給Carter等；美國專利4,298,448，授權(quán)給Muller等；和美國專利4,285,801，授權(quán)給Chiang。如下專利給出了黃顏料粒子的用途，都授權(quán)給Frederic E.Schubert并轉(zhuǎn)讓給Copytele公司，見本文中的受讓人；美國專利5,380,362，授權(quán)于1995年1月10日，標(biāo)題SUSPENSION FOR USE IN ELECTROPHORETIC IMAGE DISPLAYSYSTEMS；美國專利5,403,518，授權(quán)于1995年4月4日，標(biāo)題FORMULATIONS FOR IMPROVED ELECTROPHORETIC DISPLAY SUSPENSIONSAND RELATED METHODS；及美國專利5,411,656，授權(quán)于1995年5月2日，標(biāo)題GAS ABSORPTION ADDITIVES FOR ELECTROPHORETICSUSPENSION。此三篇專利在此參考引用。
如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，用于EPID的電泳粒子的選擇是非常重要的，它決定EPID的效果和生成圖像的質(zhì)量。理想的情況是，電泳粒子應(yīng)該具有理想的電荷質(zhì)量比，有賴于其粒徑和表面電荷；理想的電荷質(zhì)量比是希望的，以實(shí)現(xiàn)良好高速靜電沉積以及粒子運(yùn)動在電壓改變時的快速反轉(zhuǎn)。還有，希望采用與其中懸浮有的粒子流體介質(zhì)的密度基本相同的電泳粒子。通過選用與懸浮介質(zhì)密度基本相同的電泳粒子，保證電泳粒子穿過介質(zhì)的遷移與EPID定向及重力無關(guān)。粒子因此會在流體介質(zhì)中保持無規(guī)分散。
對用于EPID或其它電泳設(shè)備的電泳粒子施以聚合物涂覆是有優(yōu)點(diǎn)的。粒子所帶的適當(dāng)涂層可具有增強(qiáng)粒子散光能力的作用。當(dāng)聚合物涂覆的粒子撞擊透明的屏幕電極(從而從屏幕上取代流體介質(zhì))時，會得到更亮的色彩和更強(qiáng)烈的圖像(同采用非涂覆粒子的情況相比)。除此之外，為提高EPID的效率和半衰期，很自然地希望采用穩(wěn)定的并且不易與懸浮介質(zhì)發(fā)生相互作用的電泳粒子；懸浮介質(zhì)可以包括比如芳香或脂肪族溶劑，包括苯、甲苯、烴油、壬烷(novane)、癸烷或其類似物等，它們可能會跟用于EPID的一些典型顏料粒子發(fā)生反應(yīng)。同未涂覆粒子相比，聚合物涂覆的顏料粒子給出更硬和更抗溶劑的復(fù)合體。
而且，適當(dāng)涂覆的電泳粒子更不易粘附到電泳室內(nèi)表面上。近幾年來，注意力已經(jīng)被引向通過在粒子表面吸附聚合物以實(shí)現(xiàn)分散體的穩(wěn)定上。比如參見P.Murau和B.Singer的文章，刊登于Vol.49，No.9，Journal of Applied Physics(1978)，標(biāo)題為“The Understandingand Elimination of Some Suspension Instabilities in anElectrophoretic Display”。也參見美國專利5,403,518，授權(quán)給Schubert，參見前文，以及美國專利4,285,801，于1981年8月25日授權(quán)給Anne A.Chiang，標(biāo)題為ELECTROPHORETIC DISPLAYCOMPOSITION。
如果兩個覆有聚合物吸附層的膠體粒子彼此接近，一旦聚合物層開始滲透就會產(chǎn)生空間位阻。按照Murau和Singer的提法，吸附在膠體粒子上的聚合物分子并不是平鋪在表面上的。而是，一部分的烴長鏈(自由端基、側(cè)鏈及環(huán)體)游離于表面并被流體所包圍。
已發(fā)現(xiàn)高氟聚合物用作顏料粒子涂層是有利的，因?yàn)樗鼈兙哂械偷呐R界表面張力而傾向產(chǎn)生防粘特性。比如見M.Hudlicry和A.E.Pavlath的文章，刊登于Vol.187，pp.983，ACS Monograph(1995)，標(biāo)題為“Properties of Fluorinated Compounds II”。當(dāng)用作顏料粒子涂層時，全氟聚合物較低的表面張力會減少顏料粒子表面與含有其中分散有粒子的懸浮介質(zhì)的溶劑之間的相互作用。
可是，涂覆電泳粒子有缺點(diǎn)。如所述，希望采用與流體介質(zhì)，其中有粒子懸浮，的密度基本相同的電泳粒子。可是，因?yàn)槲赐扛驳念伭狭Ｗ雍邢喈?dāng)寬的粒徑分布，均一厚度的涂層會產(chǎn)生不同密度的粒子分布。
因此，本發(fā)明的一個目的是給出聚合物涂覆的顏料粒子，其中涂覆粒子的密度保持與其中懸浮有粒子的流體介質(zhì)的密度基本相同。本發(fā)明的優(yōu)勢包括給出適當(dāng)涂覆的顏料粒子，其具有增強(qiáng)的散射光能力以產(chǎn)生更明亮的色彩；更硬、更耐溶劑的復(fù)合體；以及對電泳室內(nèi)表面的防粘性。
涂覆顏料粒子的現(xiàn)有方法所存在的問題和缺點(diǎn)在本發(fā)明中得到克服，本發(fā)明包括具有預(yù)定密度顏料粒子的選擇以及顏料粒子上聚合物涂層的涂敷，其中涂層包括高氟聚合物，并且其中聚合物密度與顏料粒子密度基本相同。當(dāng)采用密度與顏料粒子密度基本相同的聚合物涂層時，即使粒子含有粒徑分布，顏料粒子的密度也不會有明顯改變。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，顏料粒子包括密度為1.43g/ml的二芳基化物黃顏料，涂覆以制備自密度為1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯單體的聚合物。這些涂覆的顏料粒子優(yōu)選懸浮在包括四氯乙烯和仲丁基苯混合物的介質(zhì)中，介質(zhì)平衡至比重為1.43g/ml。本發(fā)明涂覆顏料粒子的方法包括聚合反應(yīng)技術(shù)，其中五氟苯乙烯單體，在分散于有機(jī)溶劑中的顏料粒子的存在下借助自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑聚合。


圖1，唯一的圖例，是簡圖，是一種EPID截視圖，它含有本發(fā)明的粒子。
雖然本發(fā)明可以應(yīng)用于許多不同領(lǐng)域，其中希望采用含帶相反電荷粒子的分散體，比如涂料、油墨和電泳墨粉，但它特別適合應(yīng)用在同電泳圖像顯示器(EPID)相關(guān)的領(lǐng)域。因此，本發(fā)明結(jié)合一種典型的EPID進(jìn)行描述。
參考圖1，它表示的是一個簡單電泳圖像顯示器10片段的截視圖，被放大以顯示每一個像素。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，EPID含有一定體積的置于陽極14和陰極16之間的電泳分散體12。陽極14和陰極16以銦-錫-氧化物(ITO)或類似化合物薄層的形式沉積在玻璃底盤18、20上。ITO層的沉積方式是當(dāng)透過玻璃底盤18和20看時是幾乎透明的。
電泳分散體12含有大量的介電電泳粒子22懸浮在流體介質(zhì)24中。電泳粒子22具有基本等于流體介質(zhì)24的密度，以便保持無規(guī)分散，不受EPID定位或重力效應(yīng)的影響。按照本發(fā)明，粒子涂覆以聚合物涂層26。當(dāng)在陽極14和陰極16之間施加以足夠的電子偏轉(zhuǎn)時，有賴于極性，粒子22遷移至陰極16或陽極14，并且取代靠近ITO層的暗色介質(zhì)，從而產(chǎn)生明亮的像素。反轉(zhuǎn)電壓產(chǎn)生暗的像素。
為制備應(yīng)用有本發(fā)明聚合物涂層的電泳懸浮體的顏料粒子，任何已知的方法都可采用。優(yōu)選二芳基化物黃顏料，名為AAOT黃#374-73，由Sun Chemical Company制造。這種黃色顏料具有密度1.43/ml。按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方案，用作懸浮體介質(zhì)24的溶劑是四氯乙烯和仲丁基苯。四氯乙烯的高比重1.62g/ml，允許借助密度較低的仲丁基苯將比重平衡至1.43g/ml。因此，溶劑可以平衡至達(dá)到與顏料粒子密度基本相同的比重。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明涂敷聚合物涂層時，即使選用寬的粒徑分布，顏料粒子的密度也不會明顯改變。選用2，3，4，5，6-五氟苯乙烯作為待聚合單體并涂成涂層。當(dāng)此單體聚合時，產(chǎn)生起顏料粒子有效涂層作用的氟聚合物，其具有低的臨界表面張力。五氟苯乙烯具有密度1.41g/ml，當(dāng)用于制備AAOT黃顏料#374-73的聚合物涂層時，涂層密度與顏料粒子的密度大約相同以便保持粒子密度的均一性。
考慮到本發(fā)明的聚合物涂覆顏料粒子的工藝，可替換的聚合配方列于表I和表II表I物質(zhì) 質(zhì)量(g)顏料 1.184，4″-偶氮雙(4-氰基戊酸) 0.05五氟苯乙烯0.75癸烷 30.0乙醇 5.0表II物質(zhì) 質(zhì)量(g)顏料 1.184，4″-偶氮雙(4-氰基戊酸)0.05五氟苯乙烯 0.50仲丁基苯 30.0乙醇 3.0材料在溫度控制的轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器中混合。反應(yīng)混合物在32rpm和60攝氏度下鼓轉(zhuǎn)大約24小時，然后在70攝氏度下鼓轉(zhuǎn)12小時。所得涂覆粒子以己烷和醇的洗液清洗。然后在真空烘箱中干燥。對給定的應(yīng)用來講，通過改變表I或表II的配方，或改變制備工藝的其它反應(yīng)參數(shù)，涂覆的電泳顏料粒子的物理特性會任選改變。
如所述，顏料優(yōu)選二芳基化物黃顏料，名為AAOT黃#374-73，因?yàn)榇祟伭系拿芏葹?.43g/ml，以及優(yōu)選單體2，3，4，5，6-五氟苯乙烯，其密度為1.41g/ml。但是，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知的其它顏料粒子和單體也可采用，關(guān)鍵是顏料粒子密度與單體密度基本相同，以及優(yōu)選具有高氟原子含量的聚合物涂層。其它的顏料粒子可以包括比如漢撒黃、芳基化物黃、Hostaperm黃、Novoperm黃和其它任何適宜的有機(jī)顏料。
還有，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可知其它自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑或溶劑也可采用。4，4″-偶氮雙(4-氰基戊酸)優(yōu)選作為聚合反應(yīng)引發(fā)劑；可是，其它的自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑可以包括2，2″-偶氮雙(2-甲基-丁腈)、過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化辛酰及其類似物。優(yōu)選的癸烷或仲丁基苯溶劑可以以烴溶劑替換，比如苯基二甲苯基乙烷、甲苯、苯、二甲苯、環(huán)己烷、苯基辛烷、辛烷和十六烷十氫化萘。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所做的符合本發(fā)明描述的任何等同、變化以及改進(jìn)都傾向于包括在附錄權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.電泳懸浮體，包括大量的顏料粒子懸浮在流體介質(zhì)中，其中顏料粒子具有預(yù)定的密度并涂覆以氟化聚合物，其具有與顏料粒子密度基本相同的密度。
2.權(quán)利要求1的電泳懸浮體，其中顏料粒子選自二芳基化物黃、漢撒黃、芳基化物黃、Hostaperm黃和Novoperm黃。
3.權(quán)利要求1的電泳懸浮體，其中顏料粒子包括密度約1.43g/ml的黃色二芳基化物顏料。
4.權(quán)利要求1的電泳懸浮體，其中聚合物材料包括聚合的五氟苯乙烯單體。
5.權(quán)利要求4的電泳懸浮體，其中單體是密度約1.41g/m1的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯。
6.權(quán)利要求3的電泳懸浮體，其中流體介質(zhì)包括四氯乙烯和仲丁基苯的混合物，平衡至比重大約為1.43g/ml。
7.權(quán)利要求1的電泳懸浮體，其中顏料粒子包括密度約1.43g/ml的黃色二芳基化物顏料粒子；并且其中氟化聚合物材料包括一種聚合物，其制備自密度約1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯單體的聚合反應(yīng)。
8.用于涂覆應(yīng)用在電泳設(shè)備上的顏料粒子的配制物，其包括混合物(a)具有一定預(yù)定密度的大量顏料粒子；(b)自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑；(c)五氟苯乙烯單體，其密度基本等于顏料粒子密度；和(d)一種有機(jī)溶劑。
9.權(quán)利要求8的配制物，其中大量顏料粒子選自二芳基化物黃、漢撒黃、芳基化物黃、Hostaperm黃和Novoperm黃；其中自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑選自4，4′-偶氮雙(4-氰基戊酸)、2，2′-偶氮雙(2-甲基-丁腈)、過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化辛酰；以及其中有機(jī)溶劑包括脂肪和芳香族烴溶劑的混合物，選自癸烷、仲丁基苯、苯基二甲苯基乙烷、甲苯、苯、二甲苯、環(huán)己烷、苯基辛烷、辛烷和十六烷十氫化萘。
10.權(quán)利要求8的配制物，其中大量顏料粒子(a)進(jìn)一步包括大約1.18g密度約1.43g/ml的二芳基化物黃顏料。
11.權(quán)利要求10的配制物，其中自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑(b)進(jìn)一步包括大約0.02-0.06g的4，4＇-偶氮雙(4-氰基戊酸)。
12.權(quán)利要求11的配制物，其中五氟苯乙烯單體(c)進(jìn)一步包括大約0.50-2.00g密度大約1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯。
13.權(quán)利要求12的配制物，其中有機(jī)溶劑(d)進(jìn)一步包括大約30-35g癸烷和3-7g醇的混合物。
14.權(quán)利要求11的配制物，其中五氟苯乙烯單體(c)進(jìn)一步包括大約0.50g密度約1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯。
15.權(quán)利要求14的配制物，其中有機(jī)溶劑(d)進(jìn)一步包括大約30g仲丁基苯和3.0g醇的混合物。
16.涂覆應(yīng)用在電泳設(shè)備上的顏料粒子的方法，包括以下步驟(a)混合具有預(yù)定密度的大量顏料粒子；自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑；密度基本等于顏料粒子密度的五氟苯乙烯單體；和有機(jī)溶劑的混合物，接著(b)加熱和鼓轉(zhuǎn)步驟(a)的混合物使五氟苯乙烯單體聚合并涂覆顏料粒子。
17.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括以有機(jī)溶劑洗液清洗所得粒子的步驟。
18.權(quán)利要求16的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括將約1.18g密度約1.43g/ml的黃色二芳基化物顏料粒子、0.05g的4，4＇-偶氮雙(4-氰基戊酸)、0.75g密度約1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯的混合物；和大約30g癸烷和5.0g醇的混合物混合。
19.權(quán)利要求16的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括將約1.18g密度約1.43g/ml的黃色二芳基化物顏料粒子、0.05g的4，4＇-偶氮雙(4-氰基戊酸)、0.50g密度約1.41g/ml的2，3，4，5，6-五氟苯乙烯的混合物；和大約30g仲丁基苯和3.0g醇的混合物混合。
20.權(quán)利要求16的方法，其中加熱和鼓轉(zhuǎn)混合物的步驟進(jìn)一步包括在約32rpm和約60攝氏度的條件下鼓轉(zhuǎn)混合物24小時，然后在70攝氏度下鼓轉(zhuǎn)12小時。
全文摘要
用于電泳顯示的適當(dāng)涂覆的顏料粒子,包括具有預(yù)定密度的顏料粒子和在顏料粒子上涂覆聚合物涂層,其中涂層含有一種近氟化聚合物,并且其中氟化聚合物的密度與顏料粒子的密度基本相同。當(dāng)涂覆的聚合物涂層的密度與顏料粒子的密度基本相同時,即使粒子包含粒徑分布,顏料粒子的密度也不會明顯地改變。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中,顏料粒子含有一種密度為1.43g/ml的二芳基化物黃顏料,以從密度為1.41g/ml的2,3,4,5,6－五氟苯乙烯單體制備的聚合物涂覆。
文檔編號G09F9/37GK1250457SQ98803274
公開日2000年4月12日 申請日期1998年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月21日
發(fā)明者J·H·陳, F·E·舒伯特, W－H·侯 申請人:考貝泰利公司