CN101029185A - 彩色滤光片用有机颜料的微细化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，包括步骤：(1)将超分散剂加入溶剂中成混合液；(2)将混合液静置；(3)将有机颜料加入混合液中，搅拌成有机颜料混合液；(4)对有机颜料混合液在5～20℃温度下、以大于2500次/分钟的频率共振研磨1～4小时。有机颜料为酞菁类和吡咯并吡咯系列有机颜料，超分散剂为中等分子量的酰胺类聚合物或改性聚亚胺酯聚合物，重量为有机颜料重量的5～70％，溶剂为醋酸酯，重量为有机颜料重量的100～1000％。本发明可获得粒度分布在10～100nm之间、粒度分布均匀、稳定性高、着色力强的高质量纳米级有机颜料，可直接用于液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻的调制。

Description

彩色滤光片用有机颜料的微细化方法

技术领域

本发明涉及一种有机颜料制备过程中的微细化方法，特别是一种在生产制造LCD的彩色滤光片中对彩色滤光片用有机颜料进行微细化的方法。

背景技术

液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻制备中需要使用微细化有机颜料。颜料的着色过程是以微细化颗粒的形式分散于着色体中，其颗粒粒径大小直接影响其着色强度、透明度、耐热、耐光以及耐溶剂等应用性能，所以有机颜料的粒径大小、粒度分布范围和稳定性对液晶显示器彩色滤光片的色光、透明度、着色力和耐气候性等性能影响很大。研究表明，当有机颜料的粒度分布在10～100nm时，其所调制颜料光阻用于液晶显示器彩色滤光片的涂布才具有良好的性能，因此，在制备液晶显示器彩色滤光片的颜料光阻时，对有机颜料的颗粒进行微细化成为整个制备过程的关键工艺。

有机颜料是以微细粒子分散状态应用，而其表面极性较低，在水中难以润湿和分散。现有技术中，有机颜料的微细化有多种方法，但均存在粒径大小达不到要求、粒度分布范围宽、生产效率低、研磨周期长、工艺复杂等技术问题。

最常用的方法是溶剂盐研磨法。该法是将粗颜料中加入研磨剂(如氯化钠、硫酸钠或氯化钙等)与有机溶剂的混合物中进行研磨，而研磨剂用量是有机颜料用量的若干倍，因此在颜料经研磨获得所需的粒径后，尚需大量的时间收集研磨时使用的研磨剂和有机溶剂。

另一种常用方法是干研磨方法。该法是将粗颜料放入砂磨机、球磨机或三辊机中进行研磨。由于颜料粒径越小时其表面能越大，粒子彼此间的吸引力越大，因此研磨中很大一部分能量都消耗在颜料的分散过程中，研磨效率低、研磨周期长。此外该法需要在无氧条件下或惰性气体环境下进行，所需工艺条件比较复杂。

再有一种方法是挤水转相法。该方法是在表面活性剂存在下，由含水的颜料滤饼与油性树脂连接料一起捏合、搅拌，使亲水性的粒子改为亲油性，从水相转为油相。该方法可以获得含有微细颜料粒子的高着色强度、高透明度的油墨，但挤水转相后需要完成水的分离，为进一步降低挤水物料中的水分，还要经过多次真空脱水，因此生产周期长，且需要大型捏合机设备，能源消耗量大。

上述方法除了指出的技术问题外，最重要是不能获得粒度分布在10～100nm范围的有机颜料。随着微细化加工的深入，颜料粒子粒径变小，粒子内部缺陷和裂纹数目愈小，因此其抗破碎强度随着粒度的减小而增大，所以使得利用机械施力方式进一步破碎它的难度愈大。同时由于机械作用力的不稳定，使细化后的有机颜料稳定性差，影响使用性能。

近年来相继出现采用超分散剂在不同的研磨设备中对颜料进行细化的相关报道，虽可有效防止颜料粒子的再次聚集，减少研磨时间，但仍不能解决颜料粒子分布范围宽和稳定性差的问题。同时，超分散剂的添加量对产品性能有很大影响，超分散剂过量时，未被颜料吸附的超分散剂会使产品光泽等性质下降，超分散剂不足时，其空间屏蔽不够，粒子分布范围不能保证，产品稳定性差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术粒度分布范围宽和稳定性差等技术问题，提供一种彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，可以获得粒度分布在10～100nm范围内、稳定性高的微细化有机颜料。

为了实现上述目的，本发明提供了一种彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，包括步骤：

步骤1、将超分散剂加入溶剂中制成混合液；

步骤2、将所述混合液静置；

步骤3、将有机颜料加入静置后的所述混合液中，搅拌使所述有机颜料充分浸润，制成有机颜料混合液；

步骤4、对所述有机颜料混合液在5～20℃的温度下、以大于2500次/分钟的频率共振研磨1～4小时；

所述有机颜料为酞菁类或吡咯并吡咯系列有机颜料，所述超分散剂为中等分子量的酰胺类聚合物或改性聚亚胺酯聚合物，重量为有机颜料重量的5～70％，所述溶剂为醋酸酯，重量为有机颜料重量的100～1000％。

其中，所述步骤2具体为：将所述混合液静置2～48小时，优选为12～40小时。

其中，所述步骤1和步骤2之间可以设有将所述混合液通过磁力搅拌机或高频搅拌机进行搅拌的步骤，所述步骤3和步骤4之间还可以设有在所述有机颜料混合液中添加树脂的步骤，所述树脂为压克力、聚酰亚胺、环氧树脂或聚乙烯醇。

其中，所述步骤4具体为：

步骤41、将所述有机颜料混合液置入研磨筒中，所述研磨筒的内腔中设有转轴，所述转轴上固接有沿轴向间隔设置的研磨搅拌叶片组，每一研磨搅拌叶片组中的研磨搅拌叶片上均设有通孔；

步骤42、驱动所述转轴以4000转/分钟以上的转速转动、并使所述研磨筒沿轴向振动，对有机颜料混合液共振研磨。

在上述技术方案中，所述超分散剂重量为酞菁类有机颜料重量的5～35％，优选为15～25％。所述超分散剂重量为吡咯并吡咯系列有机颜料重量的50～70％，优选为55～65％。

本发明提出了一种彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，在大量实验研究的基础上，根据液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻制备中所需有机颜料的特性，选用了适宜的超分散剂和溶剂，设计了合理的组分比例，并采用了科学的制备工艺，使本发明获得了粒度分布均匀、粒度分布范围在10～100nm范围、稳定性高、流动性好和着色力强的高质量纳米级有机颜料。

在本发明技术方案中，混合液静置的作用十分重要，既使超分散剂和溶剂之间达到充分的混合，又保证了混合液的稳定性，同时进一步提高了有机颜料粒度分布的稳定性。静置时间可以设置在2～48小时内，优选为12～40小时，以达到并验证上述“充分”的意义。

本发明根据动力学原理在研磨搅拌叶片上设置了椭圆形通孔，当研磨搅拌叶片以4000转/分钟以上的转速转动时，椭圆形通孔改善了研磨搅拌叶片在转动过程中的振动特性，避免有机颜料混合液在研磨搅拌叶片上的附着，同时在椭圆形通孔附近形成湍流区，使湍流区内的有机颜料混合液受到自转和公转作用力，提高分散效率。研磨筒还以2500次/分钟以上的频率做轴向振动，进一步对有机颜料混合液进行充分分散和研磨。有机颜料混合液受到研磨搅拌叶片的搅动、研磨搅拌叶片的剪切、冲击，又受到研磨介质的剪切、冲击，同时还受到研磨筒的振动冲击，在上述各种力的同时作用下得以细化，使粒度基本落在10～100nm的窄范围内，且粒度分布稳定性高，完全满足液晶显示器彩色滤光片颜料光阻所需，制得的颜料光阻流动性好、着色力强。

本发明超分散剂、溶剂和树脂的组分配比设计还充分考虑到了彩色滤光片颜料光阻调制工艺所需成分的要求，因此在细化工艺结束后无需其他工序对其进行分离及收集的特点，节省了残余成份收集时间，避免了其他杂质的污染。本发明所制得的微细化有机颜料可以通过在其中添加适量的溶剂、光引发剂及其它组分直接用于液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻的调制，完全满足彩色滤光片颜料光阻用颜料的性能要求。同时，本发明具有工艺简单、设备投资少、制作周期短等特点，在很大程度上降低了能源消耗。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明彩色滤光片用有机颜料的微细化方法流程图；

图2为本发明应用实例一的测试结果图；

图3为本发明应用实例二的测试结果图；

图4为本发明应用实例三的测试结果图。

具体实施方式

图1为本发明彩色滤光片用有机颜料的微细化方法流程图。本发明通过大量的理论和实验研究，根据液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻制备中所需有机颜料的特性，选用了适宜的超分散剂和溶剂，设计了合理的组分比例，并采用了科学的制备工艺，使本发明获得了高质量的微细化有机颜料。本发明包括步骤：

步骤1、将超分散剂加入溶剂中成混合液；

步骤2、将所述混合液静置；

步骤3、将有机颜料加入混合液中，搅拌使所述有机颜料充分浸润，成有机颜料混合液；

步骤4、对所述有机颜料混合液在5～20℃温度下、以大于2500次/分钟的频率共振研磨1～4小时，获得目标产品；

上述技术方案中，所述有机颜料为吡咯并吡咯系列红色颜料(P.R.254)、酞菁绿(C.I.Pigment Green 36)或酞菁蓝(C.I.Pigment Blue 15:6)有机颜料，所述超分散剂为中等分子量的酰胺类聚合物TA系列分散剂或改性聚亚胺酯聚合物EFKA系列分散剂，重量为有机颜料重量的5～70％，所述溶剂为醋酸酯，重量为有机颜料重量的100～1000％。在将上述化合物按比例调制成有机颜料混合液后，通过高频共振研磨，即可获得粒度分布在10～100nm范围内、稳定性高、着色力强的纳米级有机颜料，可以直接用于制备液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻。

超分散剂具有十分突出的反絮凝和稳定作用，以其特有的基团优先吸附于颜料粒子表面，形成一种只有分散介质才能出入的吸附层，使颜料粒子能被介质充分润湿。与此同时，超分散剂的溶剂化链以比较伸展的构象在颜料粒子表面性形成一定厚度的保护层，当吸附有超分散剂的颜料粒子相互接近时，由于吸附层之间的排斥作用而使颗粒相互离开，从而可有效防止颜料粒子的再次聚集。本发明超分散剂选用中等分子量的酰胺类聚合物TA系列或改性聚亚胺酯聚合物EFKA系列，其分散作用和效果十分重要。而超分散剂的用量则直接影响产品性能，过量时，未被颜料吸附的分散剂会使光泽等性质下降，不足时，其空间屏蔽不够，稳定性差。本发明通过大量分散试验，以最低粘度时的用量作为最佳用量。当超分散剂在颜料表面吸附量逐渐增加，就逐渐地阻止了相邻的颜料颗粒间的吸引力，这就逐渐降低了研磨料的触变程度而走向牛顿流动，也就是粘度的最低值。具体地，超分散剂重量为酞菁类(酞菁绿和酞菁蓝)有机颜料重量的5～35％，优选方案为15～25％；超分散剂重量为吡咯并吡咯系列有机颜料重量的50～70％，优选方案为55～65％。本发明上述超分散剂用量针对液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻所需特性选用，与有机颜料的比表面积配合得当，使本发明微细化有机颜料粒度分布均匀，粒度分布基本落在10～100nm的窄范围内。

溶剂在本发明中起到增加有机颜料流动性的作用。本发明溶剂选用醋酸酯，用量为有机颜料重量的100～1000％，既可以提高有机颜料微细化处理效率，又保证了细化工艺结束后无需其他的工序对其进行分离及收集，简化了本发明的工艺流程。进一步地，本发明溶剂为丙二醇醋酸酯，优选方案为丙二醇单甲基醚醋酸酯。实际上，本发明上述用量是根据液晶显示器彩色滤光片用颜料光阻制备要求所选定，如产品流动性要求增加，本发明溶剂的用量也可以相应增加。

在本发明上述技术方案中，混合液静置的作用十分重要。通过混合液静置过程使超分散剂和溶剂之间达到充分的混合，排除了影响产品质量的不确定因素；静置过程还保证了混合液的稳定性，提高后续共振研磨的效率；同时静置过程进一步提高了有机颜料粒度分布的稳定性，使获得目标产品1～2小时后的粒度分布与5分钟后的粒度分布基本相同，达到了生产要求。静置时间可以设置在2～48小时内，优选为12～40小时，以达到并验证上述“充分”的意义。

大量研究表明，颜料的着色过程是以微细化颗粒的形式分散于着色体中，颜料粒子粒径越小，着色力越强，但同时颜料粒子的抗破碎强度随着粒度的减小而增大，因此利用机械施力方式进一步破碎它的难度很大。本发明在大量实验研究的基础上，科学地提出采用高效的高频共振研磨方法对有机颜料进行微细化处理，在寻找颜料粒子的细化方面有十分重要的意义。高频共振研磨的工作原理与以往研磨设备不同，其利用共振使磨筒在激振器的激发下产生高频共振，磨筒与研磨介质间产生高频冲击，同时研磨介质球之间高频剪切、冲击、研磨，并产生即有公转又有自转的运动，使其对有机颜料的粉碎、研磨、细化、分散效率达到极至。高频共振研磨通过每分钟几千次的冲击研磨，研磨效率比传统研磨方法提高10倍以上，能耗是常规研磨方法的百分之一。具体到本发明，有机颜料混合液进行高频共振研磨具体为：

步骤41、将所述有机颜料混合液置入研磨筒中，所述研磨筒的内腔温度保持在5～20℃，且内腔中设有转轴，所述转轴上固接有沿轴向间隔设置的研磨搅拌叶片组，每一研磨搅拌叶片组由多个研磨搅拌叶片组成，每一研磨搅拌叶片设有通孔；

步骤42、驱动所述转轴以4000转/分钟以上的转速转动、并使所述研磨筒以2500次/分钟以上的频率做轴向振动，对有机颜料混合液共振研磨1～4小时。

在本发明采用的高频研磨方法中，一端插入研磨筒的转轴由动力源驱动高速转动，进而带动固接在转轴上的研磨搅拌叶片高速旋转。研磨搅拌叶片一方面搅拌研磨筒内的有机颜料混合液和研磨介质，另一方面对有机颜料混合液进行剪切，并驱动研磨介质对有机颜料混合液进行冲击和剪切。根据动力学原理，研磨搅拌叶片上设置的椭圆形通孔可以改善其在转动过程中的振动特性，同时还可以避免有机颜料混合液在研磨搅拌叶片上的附着，更重要的是在椭圆形通孔附近形成湍流区，使湍流区内的有机颜料混合液受到自转和公转作用力，加速有机颜料的冲击和剪切，提高分散效率。同时研磨筒还以2500次/分钟以上的频率做轴向振动，进一步对有机颜料混合液进行充分分散和研磨。有机颜料混合液受到研磨搅拌叶片的搅动、研磨搅拌叶片的剪切、冲击，又受到研磨介质的剪切、冲击，同时还受到研磨筒的振动冲击，在上述各种力的同时作用下得以细化，细化后的颜料粒子由于受到超分散剂的包覆，重新聚集的倾向很小，因此有机颜料的粒度基本落在10～100nm的窄范围内，且粒度分布稳定性高，完全满足液晶显示器彩色滤光片颜料光阻所需，制得的颜料光阻流动性好、着色力强。

在本发明优选技术方案中，步骤1和步骤2之间可以设置将混合液通过磁力搅拌机或高频搅拌机进行搅拌的步骤，步骤3和步骤4之间还可以设置在有机颜料混合液中添加树脂的步骤，树脂可以为压克力、聚酰亚胺、环氧树脂或聚乙烯醇中的一种。上述技术方案的核心是加强混合液的充分和均匀混合，以最大限度地提高超分散剂的分散作用。树脂在本发明中强化了超分散剂的分散作用，并提高了本发明有机颜料的分散稳定性。

在本发明上述技术方案中，超分散剂、溶剂和树脂的组分配比设计一方面根据粒度分布范围和稳定性的要求，另一方面充分考虑到了彩色滤光片颜料光阻调制工艺所需成分的要求，因此本发明所设计的组分配比和制备工艺既能有效保证有机颜料的粒度分布范围和稳定性，又具有在细化工艺结束后无需其他工序对其进行分离及收集的特点，节省了残余成份收集时间，避免了其他杂质的污染。

下面通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

使用EFKA4047超分散剂进行DPP红色颜料的微细化：

(1)将12g EFKA4047超分散剂加入200g溶剂中制成混合液；

(2)将混合液静置3小时；

(3)将20g DPP红色颜料加入混合液中；

(4)搅拌成有机颜料混合液；

(5)将有机颜料混合液放入研磨筒中，驱动研磨搅拌叶片以4500转/分钟的转速转动，驱动研磨筒以2600次/分钟的频率做轴向振动，保持研磨筒内腔温度为15℃温度，研磨1.5小时，得目标产品。

采用纳米颗粒粒度仪对颜料粒度分布情况进行测试，测试结果见图2。

实施例二

使用TA-100超分散剂进行酞菁蓝颜料的微细化：

(1)10g TA-100超分散剂溶于50g溶剂中制成混合液；

(2)将混合液静置3.5小时；

(3)将45g酞菁蓝颜料加入混合液中；

(4)搅拌成有机颜料混合液；

(5)将有机颜料混合液放入研磨筒中，驱动研磨搅拌叶片以4500转/分钟的转速转动，驱动研磨筒以2600次/分钟的频率做轴向振动，保持研磨筒内腔温度为10℃温度，研磨1.0小时，得目标产品。

采用纳米颗粒粒度仪对颜料粒度分布情况进行测试，测试结果见图3。

实施例三

使用TA-100超分散剂进行DPP红色颜料的微细化：

(1)将23g TA-100超分散剂加入400g溶剂中成混合液；

(2)将混合液通过磁力搅拌机进行搅拌；

(3)将搅拌后的混合液静置24小时；

(4)将40g DPP红色颜料加入混合液中；

(5)搅拌成有机颜料混合液；

(6)在有机颜料混合液中添加26g树脂；

(7)将上述溶液放入研磨筒中，驱动研磨搅拌叶片以4500转/分钟的转速转动，驱动研磨筒以2600次/分钟的频率做轴向振动，保持研磨筒内腔温度为15℃温度，研磨1.5小时，得目标产品。

采用纳米颗粒粒度仪对颜料粒度分布情况进行测试，测试结果见图4。

从图2、3和4所示的测试结果可以看出，本发明制备方法获得的产品粒度分布在10～100nm范围内，完全可以满足彩色滤光片颜料光阻用颜料的性能要求。进一步地，实施例三所处理的有机颜料量是实施例一的2倍，由于采用了TA-100超分散剂、磁力搅拌机搅拌、混合液长时间静置和添加树脂的组合方案，其研磨时间和粒度分布范围与实施例一相同，且粒子直径平均值低于实施例一，由此可以说明该实施例技术方案的优势。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，包括步骤：

步骤1、将超分散剂加入溶剂中制成混合液；

步骤2、将所述混合液静置；

步骤3、将有机颜料加入静置后的所述混合液中，搅拌使所述有机颜料充分浸润，制成有机颜料混合液；

步骤4、对所述有机颜料混合液在5～20℃的温度下、以大于2500次/分钟的频率共振研磨1～4小时；

所述有机颜料为酞菁类或吡咯并吡咯系列有机颜料，所述超分散剂为中等分子量的酰胺类聚合物或改性聚亚胺酯聚合物，重量为有机颜料重量的5～70％，所述溶剂为醋酸酯，重量为有机颜料重量的100～1000％。

2.如权利要求1所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述步骤2具体为：将所述混合液静置2～48小时。

3.如权利要求2所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述步骤2具体为：将所述混合液静置12～40小时。

4.如权利要求1所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述步骤1和步骤2之间还设有将所述混合液通过磁力搅拌机或高频搅拌机进行搅拌的步骤。

5.如权利要求1所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述步骤3和步骤4之间还设有在所述有机颜料混合液中添加树脂的步骤，所述树脂为压克力、聚酰亚胺、环氧树脂或聚乙烯醇。

6.如权利要求1所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述步骤4具体为：

步骤41、将所述有机颜料混合液置入研磨筒中，所述研磨筒的内腔中设有转轴，所述转轴上固接有沿轴向间隔设置的研磨搅拌叶片组，每一研磨搅拌叶片组中的研磨搅拌叶片上均设有通孔；

步骤42、驱动所述转轴以4000转/分钟以上的转速转动、并使所述研磨筒沿轴向振动，对有机颜料混合液共振研磨。

7.如权利要求1～6任一所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述超分散剂重量为酞菁类有机颜料重量的5～35％。

8.如权利要求7所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述超分散剂重量为酞菁类有机颜料重量的15～25％。

9.如权利要求1～6任一所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述超分散剂重量为吡咯并吡咯系列有机颜料重量的50～70％。

10.如权利要求9所述的彩色滤光片用有机颜料的微细化方法，其中，所述超分散剂重量为吡咯并吡咯系列有机颜料重量的55～65％。

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