電子紙用丙烯酸樹脂包裹二氧化鈦顆粒的研究

大學(xué)論文答辯,電子紙用丙烯酸樹脂包裹二氧化鈦顆粒的研究,學(xué)生： 指導(dǎo)老師： 專業(yè)：印刷工程 學(xué)院：,20XX年X月X日,提綱：,研究目的及意義,電子紙顯示技術(shù)主要是通過(guò)讓電泳顆粒在微膠囊中的電泳運(yùn)動(dòng)來(lái)完成顯示的，因此電泳顆粒會(huì)影響其在分散介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性和表面荷電量，繼而改變影響顯示器的顯示質(zhì)量，如：對(duì)比度，圖像灰度和響應(yīng)時(shí)間等。 Ti02顆粒白度好、著色力高、遮蓋力強(qiáng)、折射率高、介電系數(shù)高，且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光散射能力，所以一般會(huì)選用其作為顯示器的電泳粒子。但是未改性過(guò)的Ti02具有較高的密度(3.8-4.2g/cm3)，而電泳液的密度遠(yuǎn)低于它(小于 2 g/cm3)，且微小顆粒的表面能高，容易發(fā)生團(tuán)聚沉降，導(dǎo)致二次粒子的形成，甚至在有機(jī)體系之中存在難以浸潤(rùn)，親和性和分散穩(wěn)定性極差。因此需要對(duì)Ti02進(jìn)行改性，以降低其密度，提高其分散穩(wěn)定性，以滿足電子墨水的需求。,聚合物包覆法是通過(guò)在納米TiO2表面包覆聚合物分子層而產(chǎn)生了一種空間位阻斥力, 從而減小了粒子間的范德華力的方法。這種方法與其他方法相比, 更有利于提高電泳顆粒在有機(jī)介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性, 增強(qiáng)無(wú)機(jī)顆粒與聚合物基體之間的相容性。經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)書籍，比較得知，丙烯酸樹脂有很高的透明性，密度小等優(yōu)點(diǎn)，比聚苯乙烯的性能要好，所以本次研究的聚合物選用丙烯酸樹脂。,電子墨水在市場(chǎng)上的應(yīng)用：,實(shí)驗(yàn)部分,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需要的試劑如表2.1所示：,續(xù)表2.1：,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需要的儀器如表2.2所示：,圖2.1 Ti02顆粒制備流程圖,圖2.2 Ti02改性流程圖,圖2.3 聚合物包裹Ti02顆粒（水溶性）流程圖,圖2.4 聚合物包裹Ti02顆粒（油溶性）流程圖,結(jié)果與討論,TiO2顆粒制備現(xiàn)象：,XRD測(cè)試圖分析：,改性前Ti02顆粒(銳鈦礦型)的XRD圖,為表征本次實(shí)驗(yàn)制備的Ti02顆粒的晶型，做了XRD分析，圖為改性前Ti02顆粒的XRD圖，XRD圖在2值分別為25.29，37.80，48.1253.92，55.17，62.72處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)著銳鈦礦相結(jié)構(gòu)中(101)，(004)、(200)、(105 and 211)、(204)晶面的衍射，為銳鈦礦 相的特征衍射峰，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)用溶膠-凝膠法于500下煅燒3小時(shí)制備所得的Ti02顆粒晶型為銳鈦礦相晶型，各衍射峰強(qiáng)度均很尖銳，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制備的銳鈦礦相晶型Ti02顆粒的晶型非常純凈。,乙烯基三乙氧基硅烷改性Ti02顆粒時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,沉降12小時(shí),沉降24小時(shí),左為改性前；右為改性后 由兩張對(duì)比圖中可明顯看出改性前后上層水溶液都呈渾濁狀態(tài)，而下圖右邊樣品瓶下層四氯乙烯中逐漸成渾濁態(tài)，上層逐漸變清澈，而左圖中下層基本上沒(méi)變化，分析原因可能是由于改性后的Ti02疏水性增強(qiáng)所致。,性能測(cè)試：,沉降性能結(jié)果分析：,沉降10小時(shí),沉降12小時(shí),左為改性前；右為改性后 由兩張對(duì)比圖中可看出10h時(shí)未改性和改性的都有點(diǎn)渾濁，但是12小時(shí)后明顯未改性的樣品瓶里溶液變清澈了，而改性的溶液還是比較渾濁，說(shuō)明改性后的Ti02沉降速度比未改性的沉降速度要慢很多，從而表明改性的Ti02分散穩(wěn)定性較好。（改性后沉降時(shí)間為：12h；未改性沉降時(shí)間為：10h）,改性TiO2顆粒 FTIR表征：,圖為未改性Ti02顆粒的紅外光譜圖,從圖中看出，未改性的Ti02 顆粒，476cm-1處吸收峰歸屬于Ti02顆粒的Ti-O-Ti的骨架伸縮振動(dòng)峰；1627cm-1處吸收峰為Ti02顆粒表面羥基的振動(dòng)峰；3327cm-1處吸收峰歸屬于Ti02顆粒吸附水的伸縮振動(dòng)峰。,圖為乙烯基三乙氧基硅烷改性Ti02顆粒的紅外光譜圖,從圖中可知改性Ti02顆粒的紅外光譜中458cm-1處吸收峰歸屬于Ti02顆粒的Ti-O-Ti的骨架伸縮振動(dòng)峰；1632cm-1處吸收峰為Ti02顆粒表面羥基的振動(dòng)峰；而在1404cm-1處出現(xiàn)的新的吸收峰對(duì)應(yīng)于乙烯基三乙氧基硅烷上CH3-和-CH2-的變形振動(dòng)峰，由此可以證明硅烷偶聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷成功接枝在Ti02顆粒的表面上。,聚合物包裹改性后的Ti02實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（水溶性）：,表3.1為聚合物包裹中變更實(shí)驗(yàn)條件時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原因分析,成膜太薄,成膜太厚,成膜較好,成膜太硬,乳液上下分層,從上表中可看出，當(dāng)采用微懸浮聚合法制備復(fù)合粒子（水溶性）時(shí)，反應(yīng)體系溫度為（67-72），乳化劑選用十二烷基硫酸鈉，單體配比量為甲基丙烯酸甲酯35g，丙烯酸丁酯40g時(shí)，乳液體系形成的效果最好。,成膜較好,均一乳液,一個(gè)月后的乳液,聚合物包裹改性后的Ti02實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（油溶性）：,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：上下分層現(xiàn)象較為明顯，如左下圖所示。 分析原因： （1）溫度不合適，但是通過(guò)調(diào)整對(duì)比，結(jié)果還是分層； （2）乳化劑太多或是太少，通過(guò)調(diào)整對(duì)比，結(jié)果還是分層； （3）單體與引發(fā)劑分散不均勻。（因?qū)嶒?yàn)設(shè)備原因目前無(wú)法得知）,油溶性乳液測(cè)試（單體比例MMA:35g，BA:40g） 由圖中可看出乳液形成較好，最小的粒徑有0.5m，最大的粒徑有6m，粒徑有些不均勻。,顯微鏡分析：,結(jié) 論,（1）采用凝膠-溶膠法制備Ti02，其中XRD分析出現(xiàn)銳鈦礦結(jié)構(gòu)中(101)，(004)、(200)、(105 and 211)、(204)晶面的衍射峰，為銳鈦礦相的特征衍射峰。說(shuō)明制備的銳鈦礦TiO2顆粒是很純凈的。 （2）用乙烯基三乙氧基硅烷對(duì)Ti02顆粒進(jìn)行改性，通過(guò)對(duì)Ti02顆粒改性前后進(jìn)行FTIR表征分析，結(jié)果表明乙烯基三乙氧基硅烷與Ti02顆粒表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，成功接枝在Ti02顆粒表面；然后在水和四氯乙烯中觀察其沉降性能情況:發(fā)現(xiàn)改性后的沉降速度減慢，說(shuō)明穩(wěn)定性增加，懸浮穩(wěn)定性提高。 （3）采用細(xì)乳液聚合法對(duì)改性后的油溶性乳液進(jìn)行分析，在顯微鏡觀察到：油溶