毕业答辩——电子纸用二氧化硅颗粒的表面改性研究

1、电子纸用二氧化硅颗粒的表面改性研究,哈尔滨商业大学论文答辩,学生： 指导老师： 专业：印刷工程 学院：轻工学院,答辩提纲,1,2,3,4,课题研究的目的和意义,实验部分,结果分析与讨论,结论,研究目的及意义,电子纸是一种超轻薄、可卷曲的显示屏，具有阅读舒适、易于更新、节约能源、携带方便、利于环保的优势。在电子墨水显示里，电泳颗粒对图像呈色起到一定的作用从而构成整个图像。球形的SiO2颗粒适合当作电子墨水中的白色电泳颗粒，其白度比较高，在有机溶剂里有很好的化学稳定性和光学特性，但是SiO2颗粒的密度较大（2.87g/cm3），超过了有机分散介质密度，像四氯乙烯密度（1.62g/cm3），因此导致

2、沉降。并且在有机分散介质里表面的Zeta电位很低，从而使电泳去驱动的电压很高，响应的速度很慢，无法达到电子墨水对颗粒电泳性能的要求。所以，将SiO2颗粒的表面进行改性，减少粒子的平均密度、减少团聚以及、提高表面荷电性，是非常有必要的。 因此，选用聚乙烯醇为改性剂，吸附在SiO2颗粒表面，降低了表面能，增大了空间位阻，在一定程度上起到物理阻隔的作用，有效防止SiO2颗粒团聚；选用乙烯基三甲氧基硅烷为改性剂，键接在SiO2颗粒表面，同时修饰到颗粒表面的有机长链化合物在颗粒间形成有效空间位阻，减少团聚，降低密度，增加与有机溶剂的亲和性。,电子纸实用技术,图1 索尼发布柔性电子纸,图2 电子纸显示器,

3、实验部分,表1 实验中所用的化学试剂,表2 实验中所用的仪器,SiO2颗粒的制备,图3 Si02颗粒制备流程图,图4 SiO2制备的实验现象（a为未加入正硅酸乙酯现象；b为加入正硅酸乙酯搅拌十分钟后的现象；c为搅拌半小时后的瓶口出现白色胶状物；d为搅拌完成后的现象；e为研磨后呈白色粉末状的SiO2颗粒）,a,b,c,d,e,SiO2颗粒的改性,图5 聚乙烯醇改性SiO2颗粒流程示意图,表3 SiO2表面改性的4组实验的条件和试剂对比表,分别对75、90的改性温度，改性剂的用量以及3h、6h的搅拌时间进行了对比试验，探究了聚乙烯醇为改性剂条件下对此次制备的SiO2颗粒改性的优化方案。,FTIR分

4、析,图6 聚乙烯醇改性SiO2颗粒的红外光谱图,图6为聚乙烯醇改性SiO2颗粒的红外光谱图，3449cm-1处吸收峰归属于SiO2颗粒吸附水的伸缩振动峰。1091cm-1、797cm-1、470cm-1处的吸收峰为SiO2的特征吸收峰，由聚乙烯醇分子式(C2H4O)n知其中存在CH3-和-CH2-，而1463cm- 1处吸收峰为聚乙烯醇中CH3-和-CH2-的变形振动峰，2934cm- 1处吸收峰对应于聚乙烯醇上CH3-和-CH2-的伸缩振动峰，由此可以证明聚乙烯醇成功吸附在SiO2颗粒的表面上。,光学显微镜分析,图7 SiO2样品在四氯乙烯溶剂中光学显微2000倍图（a为未改性SiO2颗粒；

5、b为聚乙烯醇改性SiO2颗粒）,a,b,由图7得出，聚乙烯醇改性后的SiO2颗粒相较于未改性SiO2颗粒在四氯乙烯中的团聚情况明显改善，分散性能更好。分析原因有两点：一是聚乙烯醇吸附在SiO2颗粒表面，降低了颗粒的表面能，增大了空间位阻，减少自身团聚；二是聚乙烯醇改性SiO2颗粒后，颗粒表面表现为改性剂聚乙烯醇的非极性，根据相似相容原理，因此改性后的SiO2颗粒更易于分散在非极性的四氯乙烯中。,半水半四氯乙烯测试,图8 SiO2颗粒表面改性半水半四氯乙烯现象 （左为未改性，右为改性）,A1,由图8可知改性的上层水溶液慢慢呈无色透明，下层四氯乙烯呈浑浊状态，分析原因可能为聚乙烯醇吸附在SiO2颗

6、粒表面后，表面有机成分增多，使疏水性提高。,全四氯乙烯测试,图9 聚乙烯醇改性的SiO2颗粒的沉降情况（左为未改性，右为改性）,0h,3h,6h,由图9得出，在四氯乙烯中，聚乙烯醇改性SiO2颗粒相比于未改性的SiO2颗粒表现出良好的悬浮稳定性，分析聚乙烯醇改性SiO2颗粒使其分散性能得到有效改善的原因为：一是聚乙烯醇吸附在SiO2颗粒表面，降低了表面能，增大了空间位阻，在一定程度上起到物理阻隔的作用，有效防止SiO2颗粒团聚；二是聚乙烯醇改性SiO2颗粒后，颗粒表面表现为改性剂聚乙烯醇的非极性，根据相似相容原理，因此改性后的SiO2颗粒更易于分散在非极性的四氯乙烯中。 综上所述，试验号A1为

7、最佳改性方案，即聚乙烯醇在用量为0.35g、改性温度为90、搅拌时间为6h的条件下改性最佳。,乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2测试与表征,光学显微镜分析,图10 SiO2样品在四氯乙烯溶剂中光学显微2000倍图（左为未改性SiO2颗粒；右为乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2颗粒）,由图10得出，乙烯基三甲氧基硅烷改性后SiO2颗粒相较于未改性SiO2颗粒在四氯乙烯中的团聚较小，分散性能更好。分析原因有两点：一是乙烯基三甲氧基硅烷经偶联反应键接在SiO2颗粒表面，增大了空间位阻，减少自身团聚；二是乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2颗粒后，颗粒表面表现为改性剂乙烯基三甲氧基硅烷的非极性，根据相似相容原理，因

8、此改性后的SiO2颗粒更易于分散在非极性的四氯乙烯中。,半水半四氯乙烯测试分析,改性的上层水溶液慢慢呈无色透明，下层四氯乙烯呈浑浊状态，原因可能为表面羟基被硅烷取代，颗粒的表面有机成分增多，使疏水性提高。,图11 SiO2颗粒表面改性半水半四氯乙烯现象 （左为未改性，右为改性）,B1,沉降行为表征,全四氯乙烯测试,3h,0h,6h,图12 乙烯基三甲氧基硅烷改性的SiO2颗粒的沉降情况（左均为未改性，右均为改性）,由图12得出，在四氯乙烯中，乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2颗粒相比于未改性的SiO2颗粒表现出良好的悬浮稳定性。分析乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2颗粒使其悬浮稳定性能得到有效改善的原

9、因为：一是乙烯基三甲氧基硅烷键接在SiO2颗粒表面，颗粒与颗粒接触时产生排斥作用，空间位阻较大，沉降速度越慢，悬浮稳定；二是乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2颗粒后，颗粒表面表现为改性剂乙烯基三甲氧基硅烷的非极性，根据相似相容原理，因此改性后的SiO2颗粒更易于分散在非极性的四氯乙烯中。 综上所述，试验号B1为最佳改性方案，即乙烯基三甲氧基硅烷在用量为0.1g、改性温度为70条件下改性最佳。,结论,（1）溶胶-凝胶法制备SiO2颗粒，分析聚乙烯醇改性的SiO2红外光谱图表明：2934cm- 1处吸收峰对应于聚乙烯醇上CH3-和-CH2-的伸缩振动峰，1463cm- 1处吸收峰为聚乙烯醇上CH3-和-CH2-的变形振动峰，由聚乙烯醇分子式(C2H4O)n知其中存在CH3-和-CH2-，由此可以证明聚乙烯醇成功吸附在SiO2颗粒的表面上。 （2）通过光学显微镜表征，得出聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷改性后的SiO2颗粒的分散性得到明显的改善，减少团聚，呈小颗粒状较稳定分散，粒径分布较窄。 （3）沉降行为