电子纸用丙烯酸树脂包裹二氧化钛颗粒的研究VIP

哈尔滨商业大学论文答辩,电子纸用丙烯酸树脂包裹二氧化钛颗粒的研究,学生：吴冲 指导老师：杨春莉 专业：印刷工程 学院：轻工学院,2015年6月11日,提纲：,研究目的及意义,电子纸显示技术主要是通过让电泳颗粒在微胶囊中的电泳运动来完成显示的，因此电泳颗粒会影响其在分散介质中的分散稳定性和表面荷电量，继而改变影响显示器的显示质量，如：对比度，图像灰度和响应时间等。 Ti02颗粒白度好、着色力高、遮盖力强、折射率高、介电系数高，且具有良好的化学稳定性和光散射能力，所以一般会选用其作为显示器的电泳粒子。但是未改性过的Ti02具有较高的密度(3.8-4.2g/cm3)，而电泳液的密度远低于它(小于 2 g/cm3)，且微小颗粒的表面能高，容易发生团聚沉降，导致二次粒子的形成，甚至在有机体系之中存在难以浸润，亲和性和分散稳定性极差。因此需要对Ti02进行改性，以降低其密度，提高其分散稳定性，以满足电子墨水的需求。,聚合物包覆法是通过在纳米TiO2表面包覆聚合物分子层而产生了一种空间位阻斥力, 从而减小了粒子间的范德华力的方法。这种方法与其他方法相比, 更有利于提高电泳颗粒在有机介质中的分散稳定性, 增强无机颗粒与聚合物基体之间的相容性。经查阅大量文献书籍，比较得知，丙烯酸树脂有很高的透明性，密度小等优点，比聚苯乙烯的性能要好，所以本次研究的聚合物选用丙烯酸树脂。,电子墨水在市场上的应用：,实验部分,实验过程中所需要的试剂如表2.1所示：,续表2.1：,实验过程中所需要的仪器如表2.2所示：,图2.1 Ti02颗粒制备流程图,图2.2 Ti02改性流程图,图2.3 聚合物包裹Ti02颗粒（水溶性）流程图,图2.4 聚合物包裹Ti02颗粒（油溶性）流程图,结果与讨论,TiO2颗粒制备现象：,XRD测试图分析：,改性前Ti02颗粒(锐钛矿型)的XRD图,为表征本次实验制备的Ti02颗粒的晶型，做了XRD分析，图为改性前Ti02颗粒的XRD图，XRD图在2值分别为25.29，37.80，48.1253.92，55.17，62.72处的衍射峰分别对应着锐钛矿相结构中(101)，(004)、(200)、(105 and 211)、(204)晶面的衍射，为锐钛矿 相的特征衍射峰，说明本实验用溶胶-凝胶法于500下煅烧3小时制备所得的Ti02颗粒晶型为锐钛矿相晶型，各衍射峰强度均很尖锐，说明本实验制备的锐钛矿相晶型Ti02颗粒的晶型非常纯净。,乙烯基三乙氧基硅烷改性Ti02颗粒时的实验现象：,沉降12小时,沉降24小时,左为改性前；右为改性后 由两张对比图中可明显看出改性前后上层水溶液都呈浑浊状态，而下图右边样品瓶下层四氯乙烯中逐渐成浑浊态，上层逐渐变清澈，而左图中下层基本上没变化，分析原因可能是由于改性后的Ti02疏水性增强所致。,性能测试：,沉降性能结果分析：,沉降10小时,沉降12小时,左为改性前；右为改性后 由两张对比图中可看出10h时未改性和改性的都有点浑浊，但是12小时后明显未改性的样品瓶里溶液变清澈了，而改性的溶液还是比较浑浊，说明改性后的Ti02沉降速度比未改性的沉降速度要慢很多，从而表明改性的Ti02分散稳定性较好。（改性后沉降时间为：12h；未改性沉降时间为：10h）,改性TiO2颗粒 FTIR表征：,图为未改性Ti02颗粒的红外光谱图,从图中看出，未改性的Ti02 颗粒，476cm-1处吸收峰归属于Ti02颗粒的Ti-O-Ti的骨架伸缩振动峰；1627cm-1处吸收峰为Ti02颗粒表面羟基的振动峰；3327cm-1处吸收峰归属于Ti02颗粒吸附水的伸缩振动峰。,图为乙烯基三乙氧基硅烷改性Ti02颗粒的红外光谱图,从图中可知改性Ti02颗粒的红外光谱中458cm-1处吸收峰归属于Ti02颗粒的Ti-O-Ti的骨架伸缩振动峰；1632cm-1处吸收峰为Ti02颗粒表面羟基的振动峰；而在1404cm-1处出现的新的吸收峰对应于乙烯基三乙氧基硅烷上CH3-和-CH2-的变形振动峰，由此可以证明硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷成功接枝在Ti02颗粒的表面上。,聚合物包裹改性后的Ti02实验现象（水溶性）：,表3.1为聚合物包裹中变更实验条件时的实验现象及原因分析,成膜太薄,成膜太厚,成膜较好,成膜太硬,乳液上下分层,从上表中可看出，当采用微悬浮聚合法制备复合粒子（水溶性）时，反应体系温度为（67-72），乳化剂选用十二烷基硫酸钠，单体配比量为甲基丙烯酸甲酯35g，丙烯酸丁酯40g时，乳液体系形成的效果最好。,成膜较好,均一乳液,一个月后的乳液,聚合物包裹改性后的Ti02实验现象（油溶性）：,实验结果：上下分层现象较为明显，如左下图所示。 分析原因： （1）温度不合适，但是通过调整对比，结果还是分层； （2）乳化剂太多或是太少，通过调整对比，结果还是分层； （3）单体与引发剂分散不均匀。（因实验设备原因目前无法得知）,油溶性乳液测试（单体比例MMA:35g，BA:40g） 由图中可看出乳液形成较好，最小的粒径有0.5m，最大的粒径有6m，粒径有些不均匀。,显微镜分析：,结 论,（1）采用凝胶-溶胶法制备Ti02，其中XRD分析出现锐钛矿结构中(101)，(004)、(200)、(105 and 211)、(204)晶面的衍射峰，为锐钛矿相的特征衍射峰。说明制备的锐钛矿TiO2颗粒是很纯净的。 （2）用乙烯基三乙氧基硅烷对Ti02颗粒进行改性，通过对Ti02颗粒改性前后进行FTIR表征分析，结果表明乙烯基三乙氧基硅烷与Ti02颗粒表面的羟基发生反应，成功接枝在Ti02颗粒表面；然后在水和四氯乙烯中观察其沉降性能情况:发现改性后的沉降速度减慢，说明稳定性增加，悬浮稳定性提高。 （3）采用细乳液聚合法对改性后的油溶性乳液进行分析，在显微镜观察到：油