电子纸微胶囊的常用制备技术

【中心议题】

•     *介绍了微胶囊技术
•     *分析了电子纸微胶囊的常用制备方法

【解决方案】

•     *界面聚合法
•     *原位聚合法
•     *复凝聚法

1微胶囊技术

微胶囊的直径约为几微米或上百微米。微胶囊的制备是电泳显示技术的关键。与普通的微胶囊相比，电子墨水微胶囊有特殊的要求：

第一，微胶囊要具有良好的电绝缘性能，具备较高电阻率的微胶囊容易实现电显示的低电压驱动；

第二，微胶囊囊壁必须透明，与内相芯材料的折光指数要相匹配，才能从外部观察到颜料粒子(或染料溶液)显示的颜色；

第三，微胶囊要有较高的机械强度，在电泳显示器件的制备过程中不易破裂；

第四，微胶囊要有良好的密封性，防止芯材外漏；

第五，微胶囊应具有一定的化学惰性，不与芯材及周边材料发生化学反应。

为了满足以上特性要求，采用微胶囊技术来实现。微胶囊技术是指将固体颗粒、液体微滴或气体作为胶囊的芯材料，在其外形成一层连续薄膜的过程。

微胶囊是由囊芯材料和囊壁材料组成的，其中囊芯可以是液体、固体或气体，囊壁可以是无机材料和有机材料，但最常用的是高分子材料。囊壁应具有一定的机械强度，这样就把液体或气体转变为了更容易处理的固体。胶囊对内部的物质起了保护作用，防止这些物质受到污染、损伤和变化，将它们隔离，不与其它物质发生反应。电泳悬浮液装进微胶囊后，性能得到了很大改善。

2微胶囊制备方法

普通微胶囊的制备方法主要有物理法、化学法、物理化学法三类，物理法包括喷雾干燥法、喷雾冷凝法、空气悬浮法、包合法、挤压法、超临界流体法、以及多孔离心、静电结合等其它物理方法。化学法包括界面聚合法、原位聚合法、锐孔凝固浴法。物理化学法有相分离法、干燥浴法、粉末床法、熔化分散冷凝法、囊芯交换法等。但是大部分的微胶囊制备方法多集中在以液相微滴、固相颗粒或气相等单相材料为囊芯的包裹，对于多相材料，特别是以固体颗粒分散在有机溶剂中所形成的悬浮液为囊芯的微胶囊的制备报道很少。同时由于物理法和物理化学法制备微胶囊大多需要借助专用大型实验设备，因此化学法就成为研究电泳显示微胶囊制备时首选的方法。目前制备电子墨水用微胶囊的方法主要有界面聚合法、原位聚合法和复凝聚法。

2.1界面聚合法

界面聚合是将两种活性单体分别溶解在不同的溶剂中，当一种溶液被乳化分散在另一种溶液中时，在其界面处发生聚合反应，从而形成微胶囊。该法制备微胶囊的工艺简单，对反应单体的纯度要求不高，对原材料配比要求不严，反应速率快，效果好，可在常温下进行，温度控制操作简单，不需要昂贵复杂的设备。

但所用的单体必须是多官能度单体，如多元胺、多异氰酸酯、多元醇等。界面聚合法制备微胶囊在农药、智能纸、相转变材料等方面的应用已十分广泛，但是将其应用于电子墨水的报道并不多。

2.2原位聚合法

原位聚合法是一种和界面聚合法密切相关的微胶囊化技术。与界面聚合不同的是原位反应的单体（或其可溶性预聚体）与催化剂全部加入分散介质（或连续相）中，芯材物质为分散相。实现原位聚合的必要条件是：单体可溶而聚合物不溶，所以聚合反应在分散相芯材上发生。

原位聚合法是制备电子墨水微胶囊的一种十分普遍的方法。早在1997年，BComiskey就已经开始用尿素和甲醛为原料运用原位聚合法制备电子墨水微胶囊。

尽管采用脲醛树脂制备电子墨水微胶囊的方法沿用已久，但是所得微胶囊大都存在柔韧性差，受力易破裂的缺点。于是选用不同的壁材制备微胶囊就逐渐受到人们的关注。

2.3复凝聚法

复凝聚法是指由两种或多种带有相反电荷的线形高分子材料作壁材，将芯材分散在壁材溶液中，在适当的条件下（如改变pH值或温度、稀释、加人无机盐电解质等），使带相反电荷的聚合物间发生静电作用。带相反电荷的高分子材料互相作用后，溶解度降低并产生相分离，凝聚形成微胶囊。