CN102803398B - 带电颗粒 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包含体积为5-50×106nm3的带电颗粒和可以与该颗粒分离且不与该颗粒共价连接的抗衡离子的组合物，该颗粒优选具有SiO2、Al2O3和/或TiO2的无机核或基本由有机颜料和/或颜料衍生物构成的核，所述抗衡离子包含直接与碳原子键合的硅原子。优选所述带电颗粒包含与所述无机核连接的染料且所述抗衡离子包含经由合适桥成员与带正电的季氮或磷原子或与带有阴离子性官能基团的结构部分连接的(聚)硅氧烷结构部分。所述组合物例如可以以均相分散体形式用于电泳显示器中。

Description

带电颗粒
本发明涉及包含特殊官能化的带电纳米颗粒和包含直接与碳原子键合的硅原子的抗衡离子的组合物以及所述组合物和抗衡离子在电泳中，例如在电泳显示器中的用途。
电泳是分散颗粒或带电分子在电场的影响下相对于流体的运动。
电泳显示器通常包括在固体(带电颗粒)和液体(分散介质)之间的界面中产生的电双层，其中带电颗粒通过使用电场所施加的力作为动力迁移到极性与带电颗粒所具有的电荷相反的电极。
对电泳显示器而言，尤其是对电子纸而言重要的是一旦显示了一些内容，则即使以无电流状态施加电压，该显示也可以保持较长时间。这与其他类型的显示器如LCD或LED显示器相反。与LCD显示器的另一不同在于电泳显示器在明亮阳光中的阅读可以比LCD显示器容易得多这一事实。
本发明提供了可分散的带电颗粒，其可以用作该类电泳显示器的电子墨水且能够覆盖全色范围。
WO 2007/048721A1(引入本文供参考)描述了用于电泳显示器中的彩色纳米颗粒、亚微米颗粒或微米颗粒，其带有正电荷或负电荷且包含SiO2、Al2O3或混合SiO2和Al2O3颗粒的无机核，在该无机核上经由桥成员将有机生色团共价键合于所述无机核的表面上的氧原子上。所述颗粒上的所述正电荷由优选选自氟离子、氯离子、甲基硫酸根、乙基硫酸根、甲酸根或乙酸根的阴离子性抗衡离子中和。所述颗粒上的所述负电荷由选自碱金属离子或者铵或离子的阳离子性抗衡离子中和。
WO 2007/048721A1中所公开的抗衡离子对于用于极具非极性的溶剂如十二烷中明显不理想。它们要求极性溶剂以良好溶剂化。然而，极性溶剂不适合能量有效的电泳显示器，因为它们的导电率导致电能损失。
本发明要解决的问题是克服该缺点。
根据本文所公开的该问题的解决方案，使用特殊的抗衡离子，所述抗衡离子优选包含经由合适桥成员与带负电或优选带正电的官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。
本发明涉及一种包含体积为5-500×106nm3，例如5-50×106nm3的带电颗粒和可以与该颗粒分离且不与该颗粒共价连接的抗衡离子的组合物，所述抗衡离子包含直接与碳原子键合的硅原子，尤其涉及呈均相分散体形式的该组合物。
如上所述，该带电颗粒的体积为5-500×106nm3，例如5-50×106nm3，尤其是10-1×106nm3，优选25-500,000nm3，最优选25-100,000nm3。这些颗粒优选大致呈球形。球形颗粒的优选直径为2-500nm，尤其是3-100nm，优选3-50nm，最优选3-30nm。使用用于球体积V的公式，即V＝1/6πd3，这些直径d分别对应于约4nm3(直径2nm)、14nm3(直径3nm)、14000nm3(直径30nm)、63000nm3(直径50nm)、500000nm3(直径100nm)和63×106nm3(直径500nm)的大致颗粒体积。
优选该带电颗粒具有无机核，尤其如SiO2、Al2O3、TiO2或混合的SiO2、Al2O3和/或TiO2核。混合的无机颗粒例如可以含有TiO2或Al2O3的核，其被SiO2涂敷。或者，该带电颗粒的核包含通常如下文进一步描述被改性的有机颜料。该带电颗粒的核不包含有机(共)聚合物，如包含聚苯乙烯的(共)聚合物。
优选染料与所述无机核直接共价键合或者经由桥成员共价键合。
优选该带电颗粒为SiO2、Al2O3、TiO2或混合的SiO2、Al2O3和/或TiO2颗粒，其包含共价键合于表面上的氧原子上的下式基团：
其中
q为1-4，
R1和R2相互独立地为氢、核表面-O-或取代基，
X为亚烷基，如优选具有1-20个碳原子的支化或优选直链亚烷基，优选其中y为1-8的-(CH2)y-，
B为直接键或延伸至D的桥成员，以及
D为染料残基，例如尤其是包含有机生色团的染料的残基。
优选D为染料的带电残基。若D不带电，则电荷可以通过与颗粒共价键合的另一带电基团引入颗粒中。此时，例如在上式(I)中D或B-D可以由带电基团替代。
存在一些已经含有-Si(R1，R2)-X-B-结构部分的染料[参见下式(72)-(76)的染料]。此时D可以直接连接于无机核上而无需引入另一-Si(R1，R2)-X-B-结构部分。
颗粒可以包含染料混合物。通常优选每种颗粒一种染料，在黑色染料混合物情况下例外。
除了式(I)的基团外，颗粒可以包含与核表面连接的其他基团，例如以提高颗粒的分散性、稳定分散体、稳定染料等等。
除了包含直接与碳原子键合的硅原子的抗衡离子外，颗粒可以包含非共价键合的抗衡离子。
q尤其为1或2，优选1。若亚烷基结构部分X含有至少2个碳原子，则q还可以表示3或4。
R1和R2例如相互独立地为氢，C5-C12环烷基，可以被-O-或-S-间隔和/或被卤素如优选氟取代的C1-C25烷基，C2-C24链烯基，苯基，C7-C9苯基烷基，-OR5，或R5为氢、可以被-O-或-S-间隔的C1-C25烷基、C2-C24链烯基、苯基、C7-C9苯基烷基；或核表面氧。
R6和R7相互独立地为氢，C5-C12环烷基，可以被-O-或-S-间隔和/或被卤素如优选氟取代的C1-C25烷基，C2-C24链烯基，苯基，C7-C9苯基烷基或-OR5，以及
R8、R9和R10相互独立地为氢，可以被-O-或-S-间隔的C1-C25烷基，C2-C24链烯基，苯基或C7-C9苯基烷基。
C5-C12环烷基可以未被取代或被C1-C7烷基取代且例如为环戊基、1-甲基环戊基、环己基、1-甲基环己基、2-甲基环己基、3-甲基环己基、环庚基、环辛基或环十二烷基。
作为C1-C25烷基的R1、R2、R5、R6、R7、R8、R9和R10可以是支化或未支化的基团，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、2-乙基丁基、正戊基、异戊基、1-甲基戊基、1，3-二甲基丁基、正己基、1-甲基己基、正庚基、异庚基、1，1，3，3-四甲基丁基、1-甲基庚基、3-甲基庚基、正辛基、2-乙基己基、1，1，3-三甲基己基、1，1，3，3-四甲基戊基、壬基、癸基、十一烷基、1-甲基十一烷基、十二烷基、1，1，3，3，5，5-六甲基己基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、二十烷基或二十二烷基。烷基可以未被间隔或被-O-或-S-间隔。被-O-或-S-间隔的烷基如C2-C25烷基，尤其是C3-C25烷基例如为CH3-O-CH2CH2-、CH3-S-CH2CH2-、CH3-O-CH2CH2-O-CH2CH2-、CH3-O-CH2CH2-O-CH2CH2-、CH3-(O-CH2CH2-)2O-CH2CH2-、CH3-(O-CH2CH2-)3O-CH2CH2-或CH3-(O-CH2CH2-)4O-CH2CH2-。
优选C1-C12烷基，尤其是C1-C8烷基，该烷基可以未被间隔或被-O-间隔。
作为具有2-24个碳原子的链烯基的R1、R2、R5、R6、R7、R8、R9和R10可以是支化或未支化的基团，如乙烯基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、异丁烯基、正-2，4-戊二烯基、3-甲基-2-丁烯基、正-2-辛烯基、正-2-十二碳烯基、异十二碳烯基、油基、正-2-十八碳烯基或正-4-十八碳烯基。优选具有3-18个碳原子，尤其是3-12个碳原子，例如3-6个碳原子，尤其是3-4个碳原子的链烯基。
作为C7-C9苯基烷基的R1、R2、R5、R6、R7、R8、R9和R10例如相互独立地为苄基、α-甲基苄基、α，α-二甲基苄基或2-苯乙基。优选苄基。
R5优选为氢、C1-C4烷基或颗粒表面，尤其是颗粒表面，例如Al2O3表面，TiO2表面或SiO2表面。R5的高度优选含义是SiO2表面。
R6和R7优选相互独立地为-OR5或C1-C4烷基，尤其是甲基。
R8、R9和R10优选相互独立地为C1-C4烷基，尤其是甲基。
优选R1和R2为-OR5，或尤其是式-OR5的基团，其中R5、R6和R7适用上述含义和优选情形。
更优选R1和R2为式-OR5的基团，其中R5为核表面如Al2O3表面、TiO2表面或SiO2表面，尤其是SiO2表面的一部分。
y为1-8，优选2、3或4，尤其是3。
桥成员B是任何类型的化学桥，其能够使染料D共价连接于亚烷基结构部分X。
B例如为直接键或者为选自-NR3-、-O-、-S-、-NR3-C1-C25亚烷基-NR3-、-NR3-SO2-、-NR3-CO-、-OC(O)-、-OC(O)O-、-OC(O)NR3-和C1-C25亚烷基的桥成员，其中亚烷基可以通过至少一个选自-O-、-S-、-N(R3)-、-N+(R3)2-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-、-N(R3)-CO-、-CO-N(R3)-和亚苯基的基团键合和/或被其间隔，其中R3为氢或未取代或取代的C1-C12烷基，例如被羟基取代的C1-C12烷基，如2-羟基乙基。C1-C25亚烷基可以未被取代或例如被阳离子性或阴离子性基团如-N+(R3)3、-SO3 -或-COO-或被羟基取代，优选被羟基取代。上述亚苯基可以未被取代或被例如羟基、卤素、羧基、磺酸根、氨基、乙酰氨基或单-或二(C1-C8烷基)氨基取代。
作为烷基的R3可以被羟基或上述阳离子性或阴离子性基团取代，尤其被阳离子性铵基或阴离子性羧基、硫酸根或磺酸根基团取代。若在桥成员B中存在不止一个R3基团，则基团R3可以相同或相互不同。
优选R3为氢或C1-C12烷基，尤其是氢或C1-C4烷基。R3的高度优选含义为氢。
优选B为直接键或式-A1-C1-C25亚烷基-A2-、-A1-C1-C25亚烷基-亚苯基-A2-或-A1-亚苯基-C1-C25亚烷基-A2-的桥成员，其中C1-C25亚烷基可以未被间隔或如上所述被间隔且A1和A2为直接键或如上所述的基团。A1和A2的优选含义为直接键、-O-、-S-、-N(R3)-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-、-N(R3)-CO-、-CO-N(R3)-，尤其是-N(R3)-、-O-或-S-，其中R3如上所定义。A1和A2的高度优选含义为直接键或-N(R3)-，尤其是直接键或-NH-。对于C1-C25亚烷基，优选其未被间隔或被至少一个选自-O-、-N(R3)-、-N+(R3)2-、-CO-、-CO-O-、-CO-N(R3)-和亚苯基的基团间隔，尤其是被-O-、-NH-、-CO-O-、-CO-NH-和亚苯基间隔，更优选被-CO-O-、-CO-NH-和亚苯基间隔。C1-C25亚烷基和亚苯基可以如上所述被取代，或者优选未被取代。对于C1-C25亚烷基，通常优选C2-C25亚烷基，尤其是C1-C16亚烷基或C2-C16亚烷基，更尤其是C1-C7亚烷基或C2-C7亚烷基。
更优选B为直接键或式-A1-C1-C25亚烷基-A2-、-A1-C1-C25亚烷基-亚苯基-A2-或-A1-亚苯基-C1-C25亚烷基-A2-的桥成员，其中A1和A2为直接键、-O-、-S-、-N(R3)-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-、-N(R3)-CO-或-CO-N(R3)-，C1-C25亚烷基未被间隔或被至少一个选自-O-、-S-、-N(R3)-、-N+(R3)2-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-、-N(R3)-CO-、-CO-N(R3)-和亚苯基的基团间隔，并且其中R3如上所定义。
B的重要含义是直接键或式-A1-C1-C25亚烷基-A2-、-A1-C1-C25亚烷基-亚苯基-A2-或-A1-亚苯基-C1-C25亚烷基-A2-的桥成员，其中A1和A2为直接键、-N(R3)-、-O-或-S-，其中R3如上所定义，以及C1-C25亚烷基未被间隔或者被至少一个选自-O-、-S-、-NH-、-CO-、
-O-CO-、-CO-O-、-NH-CO-、-CO-NH-和亚苯基的基团间隔。
B的非常重要含义是直接键或式-NH-C1-C25亚烷基-A2-或-NH-C1-C25亚烷基-亚苯基-A2-的桥成员，其中
A2为直接键或-NH-，和
C1-C25亚烷基未被间隔或者被至少一个选自-CO-O-、-CO-NH-和亚苯基的基团间隔。
C1-C25亚烷基和亚苯基可以如上所述被取代或者优选未被取代。
B的最重要含义是直接键或选自-NR3-、-O-、-S-、-NR3-C1-C25亚烷基-NR3-、-NR3-SO2-、-NR3-CO-、-OC(O)-和-OC(O)NR3-的桥成员。
取决于所用桥成员的种类，还可以将不止一种染料D共价连接于式Ia所示桥成员B上，其中z为1-4且其他符号如上文和下文所定义。
例如，若B表示-NR3-且R3表示2-羟基乙基，则可以经由羟基连接另一染料分子。
D为优选含有阴离子性和/或阳离子性基团如硼酸根、硫酸根、膦酸根、磷酸根、-CSS-、CSO-以及尤其是季铵或SO3 -或COO-的染料的基团，该基团对该颗粒的总电荷有贡献。染料含有吸收200-1500nm，尤其是400-800nm波长范围的电磁辐射的生色团。
D优选为吖啶、蒽醌、偶氮甲碱、单偶氮、双偶氮、多偶氮、苯并二呋喃酮、香豆素、二酮基吡咯并吡咯、二嗪、二苯基甲烷、甲靛青类、次甲基、聚甲炔、萘二甲酰亚胺、萘醌、硝基芳基(nitroaryl)、嗪、紫环酮(perinone)、苝、吩嗪、酞菁、芘醌、喹吖啶酮、醌亚胺、喹酞酮、茋、苯乙烯基、噻嗪、噻吨、三芳基甲烷、呫吨或金属配合物染料的基团，更优选单偶氮、双偶氮、多偶氮、蒽醌、酞菁、甲二嗪或金属配合物染料的基团，例如引入本文供参考的WO 2007/048721A1中所述的那些。
最优选D为蒽醌、偶氮甲碱、单偶氮、双偶氮、多偶氮、苯并二呋喃酮、二嗪、甲酞菁、三芳基甲烷、偶氮金属配合物、聚甲炔、呫吨、吩嗪、二氮杂苯乙烯基或蒽素吡啶酮(anthrapyridone)染料的基团，例如如下文所例举的那样。
可以在本发明范围内使用的选定反应性染料实例的结构式如下所示。染料的结构式通常以其游离酸和/或碱形式画出，与染料通常以其盐形式使用这一事实无关。反应性染料含有可以用于将这些染料以本领域熟练技术人员已知的方式，例如通过加成或取代反应与本发明中所述颗粒连接的反应性基团。
反应性绿色染料的实例如下：
可以在本发明范围内使用的反应性蓝色染料的实例为以其钠盐形式在实施例5步骤5.1中示出的式(24)的蓝色染料和如下这些：
可以在本发明范围内使用的反应性黑色染料以及该类染料的混合物的实例如下：
包含如下组分的混合物：
52份
12份
22份
包含如下组分的混合物：
包含如下组分的混合物：
包含如下组分的混合物：
包含如下组分的混合物：
包含如下组分的混合物：
90份
10份
包含如下组分的混合物：
62份15份
14份9份
可以在本发明范围内使用的反应性红色或品红染料实例是分别在实施例1步骤1.2和实施例6步骤6.4中示出的式(4)和(32)的品红染料和如下这些：
可以在本发明范围内使用的反应性黄色染料实例是实施例2步骤2.1中所述的式(12)化合物和如下这些：
可以在本发明范围内使用的反应性青色染料实例是实施例2步骤2.1中所述的式(17)化合物和如下这些：
包含无机核和共价键合的染料的官能化颗粒优选用作绿色、蓝色、青色、红色、品红、黄色或黑色组分。
优选本发明涉及一种包含体积为5-500×106nm3且具有无机核的带电颗粒和可以与该颗粒分离且不与该颗粒共价连接的抗衡离子的组合物，所述抗衡离子包含经由合适桥成员与带正电或带负电的官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。
代替无机核，该官能化颗粒可以含有由有机颜料制成或基本由有机颜料构成的核，所述有机颜料通常已经如下所述被改性且不同于聚合物颜料或聚合物染料和/或不含有机(共)聚合物如包含聚苯乙烯的有机(共)聚合物。
因此，本发明还涉及一种包含体积为5-500×106nm3且具有基本由有机颜料和/或有机颜料衍生物构成的核的带电颗粒和可以与该颗粒分离且不与该颗粒共价连接的抗衡离子的组合物，所述抗衡离子包含直接与碳原子键合的硅原子，如优选经由合适桥成员与带正电或带负电的官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。
优选的有机颜料例如为碳黑或如下颜料：1-氨基蒽醌、二苯并[cd，jk]芘-5，10-二酮、蒽素嘧啶、偶氮、偶氮甲碱、喹吖啶酮、喹吖啶酮醌、喹酞酮、二嗪、二酮基吡咯并吡咯、黄烷士酮、阴丹酮、异吲哚啉、异吲哚啉酮、异宜和蓝酮、紫环酮、苝、酞菁、皮蒽酮、硫靛或氧代苯并呋喃亚基-二氢吲哚酮系列-合适的话呈金属配合物或色淀形式，尤其是未取代或部分卤代、氧代-或硫代-取代的酞菁如铜、锌或镍酞菁，1，4-二酮基-3，6-二芳基吡咯并[3，4-c]吡咯，二嗪类，异吲哚啉酮类，阴丹酮类，苝类和喹吖啶酮类。偶氮颜料例如可以是来自任何已知子类的单-或二-偶氮颜料，其例如可以通过偶联、缩合或色淀形成而得到。
明显有用的是描述于色素索引(the Colour Index)中的颜料，包括颜料黄1、3、12、13、14、15、17、24、34、42、53、62、73、74、83、93、95、108、109、110、111、119、120、123、128、129、139、147、150、151、154、164、168、173、174、175、180、181、184、185、188、191、191:1、191:2、193、194和199；颜料橙5、13、16、22、31、34、40、43、48、49、51、61、64、71、73和81；颜料红2、4、5、23、48、48:1、48:2、48:3、48:4、52:2、53:1、57、57:1、88、89、101、104、112、122、144、146、149、166、168、170、177、178、179、181、184、185、190、192、194、202、204、206、207、209、214、216、220、221、222、224、226、242、248、254、255、262、264、270和272；颜料棕23、24、25、33、41、42、43和44；颜料紫19、23、29、31、37和42；颜料蓝15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、25、26、28、29、60、64和66；颜料绿7、17、36、37和50；颜料黑7、20、21、31和32；瓮红74，3，6-二(3′，4′-二氯苯基)-2，5-二氢吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮、3，6-二(4′-氰基苯基)-2，5-二氢吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮、3-苯基-6-(4′-叔丁基苯基)-2，5-二氢吡咯并-[3，4-c]吡咯-1，4-二酮和具有本申请步骤16.1中示出的初步式(208)的化合物；以及它们的混合物和固溶液。
如上所述，有机颜料通常需要改性以使它们可以在本发明范围内使用。该改性对于所有在其表面上不带正或负电荷的有机颜料是必要的，因为需要该电荷以吸引本申请权利要求1中所定义的抗衡离子。
改性可以以不同方式进行，例如如本申请实施例11-23中所例举的方式，仅制备小百分数的带有阴离子性或阳离子性基团的颜料衍生物和例如通过吸附或沉淀将所述小百分数的所述颜料衍生物用于覆盖未改性颜料的表面就够了。这例如可以如WO 02/48268A1和WO 02/48269A1(这两篇文献均在此引入供参考)所述进行。
阴离子性颜料衍生物优选为上述有机颜料之一的衍生物，优选磺酸盐、硫酸盐、羧酸盐、碳酸盐、膦酸盐或磷酸盐，最优选磺酸盐或硫酸盐。这些基团可以通过非共轭连接基团如亚烷基、醚和/或硫代基团连接，但优选直接键合于生色团的芳族基团上。阴离子性颜料衍生物的量适当地为0.1-15重量％，优选0.2-12重量％，最优选0.5-5重量％，以质子化酸形式计算且相对于未改性颜料。
阳离子性颜料衍生物优选为上述有机颜料之一的衍生物，优选最优选铵衍生物。这些或铵基可以通过连接基团如亚苯基、亚萘基、亚烷基、亚链烯基、亚环烷基、亚环烯基、炔基、羰基、碳酸酯基、酯基、酰胺基、醚基或硫代基团连接，或者它们直接键合于生色团的芳族基团上。优选铵或通过不共轭或仅部分共轭的连接基团键合于颜料上。或者，阳离子性颜料或阳离子性颜料衍生物可以是质子化形式的颜料或阳离子形式三苯基甲烷着色剂。阳离子性颜料衍生物的量相对于未改性颜料适当地为0.1-15重量％，优选0.2-12重量％，最优选0.5-5重量％。
最优选将官能化颗粒的组合用于例如制造电泳显示器并将官能化颗粒用作红色、绿色和蓝色组分(RGB，European Broadcasting Union E.B.U.Tech 3213-E标准值)，或者将官能化颗粒用作青色、品红、黄色和关键(黑色)组分(CMYK，ISO 2846标准)。
通过使用不同的着色染料，可以合成具有任何所需颜色、宽范围的ξ电势且在分散体中稳定的相当均匀分散颗粒。
由于粒度易于在窄粒度分布内调节，因此可以生产透明和不透明着色颗粒。就可能需要透明或不透明着色颗粒的不同显示方法而言，这是重要的。
包含直接与碳原子键合的硅原子的抗衡离子(可以与颗粒分离且不与其共价连接)优选包含经由合适桥成员与带电基团，例如带负电或优选带正电的官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。具体而言，所述抗衡离子包含至少一个，尤其是1-4个，更尤其是1-3个，优选1-2个经由合适的桥成员如亚烷基与带电基团，例如带负电或优选带正电的官能基团，例如带电的金属配合物、季(带正电的)氮或磷原子或阴离子性基团如羧酸根阴离子(COO-)或优选硼酸根，例如-[B(OH)3]-、硫酸根(-OSO3 -)、膦酸根、磷酸根、-CSS-或CSO-或尤其优选磺酸根阴离子(SO3 -)，或带有阴离子性基团的结构部分连接的(聚)硅氧烷结构部分。优选该抗衡离子仅包含一个带电基团/带电位置和/或当带电颗粒的核包含有机颜料和/或颜料衍生物时不包含羧酸根阴离子(COO-)。
硅氧烷是任何其骨架主要由形式-Si(R’2)-O-的单元构成的化合物，其中R’为氢原子，未取代或卤代的烃基，如尤其是C1-C7烷基，优选甲基或乙基，或在支化硅氧烷的情况下为式-O-Si(R”2)-的结构部分或由形式-O-Si(R”2)-的单元构成的另一硅氧烷结构部分，其中R”具有R’的含义之一，但可以与R’相同或不同。硅氧烷具有交替硅和氧原子的支化或未支化骨架-Si-O-Si-O-，其中侧链R’(或R”)与硅原子连接。具有有机侧链的聚合硅氧烷(R’和R”≠H)通常已知为聚硅氧烷。在(聚)硅氧烷中，所述交替硅和氧原子的骨架-Si-O-Si-O-通常由-Si-H和/或经由与端基中的碳原子的直接键与骨架中的硅原子连接的端基终止。(聚)硅氧烷的有用端基是烃结构部分，如烷基、环烷基或苯基，它们全部可以被卤代，例如氟代。在本发明的情况下，(聚)硅氧烷的至少一个端基包含带电基团，例如如上所定义的那些。
不太优选的是包含如上所定义的带电基团和所有四个价键直接与碳原子键合的硅原子的抗衡离子，由下式(203)和(204)所例举。
包含直接与碳原子键合的硅原子的抗衡离子实例如下：
在上述实例中，n表示0-1000，尤其是0-100或10-100，更尤其是0-50或0-20，优选5-20或5-15，例如10-13，优选11。
优选的抗衡离子是式(II)的那些，其中n具有上述含义中的任一个且R4、R11和R12各自相互独立地表示氢或C1-C12烷基，优选C1-C12烷基。
形成本发明一部分的抗衡离子可以以本领域熟练技术人员已知的方式制备，例如参见WO 2008/033908A2，DE 2226823A1，US 4005028A，US 2008/0076938A1和US 4587321A。
例如，为了制备包含季氮原子的抗衡离子，可以由带有端部氢原子的(聚)硅氧烷开始[参见实施例1步骤1.3，式(6)]并使其与带有端部C＝C双键的脂族胺，例如烯丙基胺，在合适催化剂如氧化铂存在下反应。所得产物中的氨基然后被进一步N-取代和最终季化，例如通过与合适的脂族卤化物，如烷基卤，例如正丁基溴和/或甲基碘反应[参见实施例1，步骤1.3和1.5]或与被硅氧烷结构部分取代的烷基卤反应[参见实施例6步骤6.2和6.3以及步骤6.2中的式(28)]。由于位阻原因，有利的是将小脂族卤化物如甲基碘用于最终季化步骤。甲基碘也可以用于进行N-取代以在单一反应步骤中产生仲、叔和季氮原子[参见实施例7步骤7.1]。
包含季磷原子的抗衡离子例如可以通过使被硅氧烷结构部分取代的烷基卤[参见步骤6.2中的式(28)]与合适的膦，即三取代的磷烷，如三苯基膦在合适溶剂如合适醚类，例如环醚如四氢呋喃中在合适碱如碳酸钠存在下反应而制备[参见实施例8步骤8.1]。
包含羧酸根基团如上式(177)或(179)的那些的抗衡离子例如可以通过使优选伯氨基取代的硅氧烷与琥珀酸酐或其衍生物反应而合成。
包含磺酸根基团如上式(202)或(194)的那些的抗衡离子例如可以通过使氨基-或羟基取代的硅氧烷和磺内酯如1，3-丙烷磺内酯(1，2-氧硫杂戊环2，2-二氧化物；化学文摘号1120-71-4)反应而合成。
本发明还涉及该抗衡离子在电泳器件中的用途以及新的抗衡离子本身。许多包含季磷原子的抗衡离子[参见步骤8.1中的式(37)]尤其是新的且本身也被要求保护。
包含无机核和与其共价键合的染料的带电颗粒还可以以本领域熟练技术人员已知的方式制备，例如类似于在此作为参考引入的WO 2007/048721A1或US 5378574A中所述制备方法或如F.M.Winnik等，“新型水分散性二氧化硅基颜料：合成和表征”，Dyes and Pigments，第14卷，第2期，1990，第101-112页所述。
可以用作制备包含无机核和与其共价键合的染料的带电颗粒的原料的未改性的，即未官能化的颗粒，尤其是该类纳米颗粒，可以由不同供应商如Degussa、Hanse Chemie、Nissan Chemicals、Clariant、H.C.Starck、Nanoproducts或Nyacol Nano Technologies作为粉末或分散体市购。市售二氧化硅纳米颗粒的实例是来自Degussa的来自DuPont的来自Nissan Chemical的来自Bayer的或来自Fuji Silysia Chemical的市售Al2O3纳米颗粒的实例是来自Nyacol Nano Technologies Inc.的产品或来自Sasol的产品。技术人员知晓获得不同尺寸、不同物理性能和不同组成的颗粒的不同已知方法，如用于气相或固相反应的火焰水解(Aerosil-Process)、等离子体法、电弧法和热壁反应器法，或用于溶液基反应的离子交换法和沉淀法。参考几个描述详细方法的参考文献，例如EP-A-1236765，US-B-5,851,507，US-B-6,719,821，US-A-2004-178530，US-B-2,244,325，WO-A-05/026068和EP-A-1048617。
未官能化颗粒(如二氧化硅、氧化铝或二氧化钛颗粒)的无机核在表面上包含游离羟基，正如例如由实施例1步骤1.1中的式(1)可见。该染料共价键合于该类羟基，或者直接键合或者优选间接键合，例如如本文上述式(I)或(Ia)所示。
例如，如下列反应方案所示，可以首先使无机核与带有与脂族胺的脂族部分中的碳原子键合的三烷氧基甲硅烷基、二烷氧基烷基甲硅烷基或烷氧基二烷基甲硅烷基，优选三甲氧基甲硅烷基的脂族胺，例如3-三甲氧基甲硅烷基丙基胺反应[参见实施例1步骤1.1，式(2)]，其中X例如表示亚烷基，例如三亚甲基。或者可以使用在硅原子上的其他官能团代替烷氧基，例如卤化物(尤其是氯化物)或硅烷氨化物(silamide)。
优选所得表面改性的颗粒通过以本领域熟练技术人员已知的方式，例如通过合适的过滤、离心、渗析、渗透、沉降等消除可溶部分而提纯。
然后可以使所得中间体与带有可以与中间体中的氨基反应的官能基团的染料反应。一种该类官能基团是1，3，5-三嗪环中的卤原子，尤其如氯取代基，例如存在于实施例1步骤1.2中所示的式(4)的染料中。
许多染料，如本文前面所示式(72)-(76)的那些，含有三烷氧基甲硅烷基结构部分。这些染料可以直接与无机核相连而无需首先引入桥成员。该类染料与无机核的共价连接可以类似于无机核与带有三烷氧基甲硅烷基的脂族胺的上述反应进行。
优选以本领域熟练技术人员已知的方式，例如通过适当过滤、离心、渗析、渗透、沉降等消除可溶部分而提纯所得染色颗粒。
包含带电颗粒和抗衡离子的本发明组合物例如可以以分散体形式使用。液体分散体例如按如下制备：
将带电颗粒的水分散体加入抗衡离子在合适链烷醇如乙醇和合适链烷烃如戊烷或己烷或其混合物如沸点为40-60℃的石油醚的混合物中的溶液中并将所得两相体系在升高的温度如60℃下搅拌。在冷却并相分离之后将有机相彻底用去离子水洗涤。向有机相中加入在室温和常压下为液体的合适溶剂，例如合适的未取代或卤代烃溶剂，例如四氯乙烯或合适的链烷烃，例如正十二烷或合适的环状烃，例如四氢化萘(1，2，3，4-四氢萘)或任何下述其他高绝缘有机溶剂并在真空下除去低沸点有机溶剂，留下包含带电颗粒和抗衡离子的所需组合物在溶剂如十二烷中的分散体。
需要的话，可以使所得分散体呈均相，例如通过离心除去聚集体。分散的颗粒通常为直径或平均粒度为约10-1000纳米(nm)，尤其是10-600或500nm，优选10-300或200nm，例如50-500nm或100或300nm的纳米颗粒。作为平均粒度的下限，优选10nm，尤其是20nm。使用用于球体积V的公式，即V＝1/6πd3，这些直径d分别对应于500nm3(直径10nm)，63000nm3(直径50nm)，500000nm3(直径100nm)、4×106nm3(直径200nm)，14×106nm3(直径300nm)，63×106nm3(直径500nm)，110×106nm3(直径600nm)和500×106nm3(直径1000nm)的大致颗粒体积。
粒度例如可以通过电子显微法或也已知为光子相关光谱法或准弹性光散射的动态光散射测定。
为了以非分散形式制备包含带电颗粒和抗衡离子的本发明组合物，可以如上所述进行，但代替向已经用去离子水洗涤的有机相中加入较高分子量烃溶剂如十二烷，将所述有机相真空蒸发。需要的话，所得非分散组合物可以如上所述分散。然而，还可以以分散在气体如保护气体，例如氩气(“气态流体”)中的粉末形式或甚至以在真空中的粉末形式使用本发明组合物。光电材料在气态流体中的分散体例如公开于US20090122389A1中(参见段落[0015])。
本发明颗粒的有机含量基于该颗粒的总重量例如为5-95重量％，尤其是10-90重量％，20-90重量％，30-90重量％，40-90重量％或50-90重量％。
本发明涉及纯净，即非分散形式以及分散，尤其是均相分散形式的组合物。
对于该类电泳分散体，重要的是颗粒不发生沉降。
作为液体分散介质，优选高绝缘有机溶剂。这些溶剂包括芳族烃类，如甲苯、二甲苯类和烷基苯；脂族烃类，如戊烷、己烷、辛烷、癸烷或十二烷；脂环族烃类，如环己烷和甲基环己烷；卤代烃类，如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、四氯乙烯和1，2-二氯苯；矿物油，如硅油和氟代烃油；植物油如橄榄油；以及长链脂肪酸酯。这些溶剂可以单独使用或组合使用。优选脂族烃类和芳族烃类。
液体分散介质可以以0.01-50重量％，优选0.01-25重量％，尤其是0.1-10重量％的量包含本发明的官能化颗粒。
该分散体可以含有其他添加剂，如合适的分散剂、电荷控制剂和/或稳定剂。
本发明还涉及这些组合物以电泳墨水-也称为“电子墨水”形式在电泳显示器，优选电子纸中的用途。
电泳墨水显示器的工作原理在许多不同器件中描述于专利(例如参见US 2009/0040594A1及其中引用的所有涉及器件结构和显示技术的专利以及下述其他专利申请)和出版物中且对本领域熟练技术人员是已知的。电泳墨水显示器的基本工作原理非常简单。例如，将光活性流体(电泳墨水)置于两个电极之间。这些电极之一透明，因而任何颜色变化均可见。该活性流体受电极之间所施加电场的变化影响。电泳墨水显示器例如由三层构成。例如，第一层为涂有氧化铟锡(ITO)的透明箔。该层用作顶电极。第二层为像素结构，由干膜抗蚀剂构成。这为光敏性材料且可以用石印法结构化。像素化(pixilated)层的结构确保电泳墨水就位。第三层为背电极。对于柔性显示器使用弹性箔。对于非柔性显示器可以使用常规印刷电路板。
电泳墨水显示器的一种可能工作原理如下：在电场的第一种状态下，所有着色的带电颗粒被吸引到背电极。现在对照流体的颜色出现在透明电极处。当使电场反转时，颗粒被前电极吸引。透明前侧的颜色改变为颗粒的颜色。由于其中分散有颗粒的流体的粘度并且由于静电吸引，颗粒保持在它们的位置。颗粒太轻而不能在流体中四处流动。这是该技术的一大优点，因为在空转过程中不要求电力。
电子墨水的主要组分是在用于整合到电子显示器中的薄膜中的大量(例如上百万)细小的微胶囊，其大致具有人发的直径。在一个实施方案中，在黑白显示器中各微胶囊含有悬浮于澄清流体中的带正电白色颗粒和带负电黑色颗粒。当在顶电极处施加负电压(电场)时，白色颗粒移动到微胶囊顶部，在那里它们变得对用户可见。这使得在该点处表面呈白色。同时，相反的正电压将黑色带负电颗粒拉到微胶囊底部，在那里它们被隐藏。通过将该过程反转，黑色颗粒出现在胶囊顶部，现在使得在该点处表面呈黑色。使用该方法可以在显示器表面使图象或文本可视。
本发明的另一目的是包含本发明的官能化颗粒作为电泳显示颗粒的电泳显示器，尤其是电子纸。对于官能化颗粒，上面所给定义和优选情形适用。
包括其中可以使用本发明组合物的电泳器件的电泳显示器系统是已知的(例如参见US-B-5,914,806，US-A-2004/0094422和WO-A-02/079869)。电泳显示器系统通常包含多个该类电泳器件。
电泳显示器系统例如包括各自包括一对基材(电极)和置于基材之间的电泳分散体的电泳器件，其中至少一个基材包含透明材料，基材之间具有预定的距离且电泳分散体含有至少一种液体分散介质和具有表面电荷的电泳颗粒。当在基材之间施加电压时，电泳颗粒取决于表面电荷和电场方向发生电泳迁移，从而改变电泳颗粒的分布。因此，电泳器件的颜色在从透明基材侧观察时发生变化。也就是说，当带电颗粒移向用作显示器表面的基材之一时，识别出带电颗粒具有的颜色。因此，可以通过控制所施加的电压而显示所需图象。
优选一些显示器件含有红色颗粒，一些显示器件含有绿色颗粒且一些显示器件含有蓝色颗粒。根据另一实施方案，优选一些显示器件含有青色颗粒，一些显示器件含有品红颗粒，一些显示器件含有黄色颗粒且一些显示器件含有黑色颗粒。通过单独选择显示器件，可以使显示器在选定的亮度水平下给出对应于选定颜色的外观。
令人感兴趣的电泳显示器类型是所谓的微电池电泳显示器。在微电池电泳显示器中，含有颗粒的分散介质保留在许多在载体介质中形成的空腔内(例如参见WO-A-02/01281)。
优选的电泳显示器是电子纸。这通常为包含片状显示功能层的片状显示器。
在特殊器件结构中，可以在多层系统中同时显示不止一种不同和透明的颜色，其中由人眼看到混合色。
本发明还涉及要求保护的呈均相分散体形式的组合物，其在电泳显示器中的用途以及包含经由合适桥成员与带正电的季氮或磷原子或与带有阴离子性官能基团的结构部分连接的(聚)硅氧烷结构部分的抗衡离子在电泳中的用途。本发明还涉及新的抗衡离子本身。
下列实施例说明本发明。
实施例
实施例1：式(10)的铵硅氧烷改性的着品红色纳米颗粒
将34mg下面步骤1.5中所述的化合物(9)溶于3ml乙醇和3ml石油醚(沸程40-60℃)的混合物中并加入0.89g下面步骤1.2中所述化合物(5)的水分散体，该分散体含有3.3重量％染色的纳米颗粒(钠盐)。将两相体系在60℃下在浸入加热的油浴中的小瓶中搅拌15分钟。在冷却之后分离两相。有机相用4ml去离子水洗涤两次。加入1ml正十二烷。在静置过夜之后，真空除去低沸点有机溶剂，得到0.75g纳米颗粒(10)在十二烷中的红色分散体。在通过离心除去聚集体之后，该分散体对涂敷测试是均匀的(参见下面的结果)。它可以作为品红电泳墨水用于器件中。
分散的带电纳米颗粒具有的直径由借助Malvern ZetasizerNanoseries(Malvern Instruments Ltd.，United Kingdom)的动态光散射测量为176nm。
表面改性的分散的带电纳米颗粒显示出借助Malvern ZetasizerNanoseries测量的ξ电势(ξ)为-19.4mV以及由Smoluchowsky关系式(ξ＝μη/ε，其中μ为迁移率，η＝1.344mPa＊s为介质在25℃下的粘度且ε＝2.0为在20℃下的介电常数)计算的电泳迁移率μ在40V下为-1.66e-2×10-8m2/Vs。
ξ电势的意义是其绝对(即正或负)值与胶态分散体的稳定性有关。ξ电势表示分散体中相邻的类似带电颗粒之间的排斥程度。对于足够小的分子和颗粒，例如本发明的纳米颗粒，高ξ电势赋予稳定性，即分散体抗聚集。当电势低时，吸引超过排斥且该分散体破裂并絮凝。因此，具有高ξ电势(负或正)的胶体电稳定，而具有低ξ电势的胶体倾向于凝聚或絮凝。ξ电势的其他重要性是颗粒在电场影响下的迁移率与ξ电势成正比。(绝对)ξ电势越高，颗粒的移动和两个状态之间的转换越快。
电泳迁移率为颗粒速度和电场强度之间的比例系数。
为了以非分散形式制备式(10)的铵硅氧烷改性的着品红色纳米颗粒，可以如上所述进行，但代替向已经用4ml去离子水洗涤两次的有机相中加入十二烷，将所述有机相真空蒸发。
原料(9)和(5)按如下制备：
步骤1.1：氨基丙基改性的纳米颗粒(3)
将46.3g示意“式”(1)的LUDOX SM-30(二氧化硅纳米颗粒在水中的30重量％分散体；Grace-Davison；平均直径为5-15nm，尤其是7-10nm，例如8nm)用46ml水稀释并在环境温度下与13.8g新鲜酸活化的IR-120，即具有磺酸官能团的强酸性凝胶型树脂(Rohm andHaas)一起搅拌10分钟。在通过粗玻璃料除去离子交换剂之后，将二氧化硅的分散体用1200ml叔丁醇稀释并在环境温度下搅拌21小时。在2小时内在搅拌下向所得澄清分散体中滴加21.52g(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(2)在80ml叔丁醇中的溶液。将所得浑浊分散体在环境温度下搅拌1.5小时，然后在80℃和回流下再搅拌3小时。然后在相同温度下通过共沸蒸馏5小时而将水和甲醇与部分叔丁醇一起除去，总共蒸出490ml。在冷却至环境温度之后，在加入足量乙醇之后通过真空共沸蒸馏将溶剂交换为乙醇。
将该分散体与溶解的物质分离并真空浓缩，得到302g含有5.1重量％3-氨基丙基硅烷改性二氧化硅纳米颗粒(3)的分散体。
步骤1.2：品红染料改性的纳米颗粒(抗衡离子：钠)(5)
在反应烧瓶中将22.5g物质(3)的分散体(5.1重量％固体，在乙醇中)加入30ml N，N-二甲基乙酰胺中。加入530mg无水碳酸钠，然后加入4.77g式(4)的反应性品红染料在30ml N，N-二甲基乙酰胺中的溶液。将该混合物在搅拌下加热16小时至105℃，然后冷却至环境温度。
将反应混合物倾入800ml乙醇中，通过离心分离产物并再分散于水中。将颗粒与溶解的物质分离，并最终浓缩至体积为100ml。该分散体含有3.3重量％连接有染料的纳米颗粒(5)。
分散的带电纳米颗粒具有的直径由借助Malvern Zetasizer Nanoseries的动态光散射测量为174nm。
另一合成方法描述于EP 0355062实施例VI(氨基丙基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅)中，实施例XVI使用上式(4)的染料(钠盐)代替ProcionTurquoise HA(连有染料的二氧化硅)。
步骤1.3：氨基丙基聚二甲基硅氧烷(7)
将1g化合物(6)，分子量约为1,000(即n为约11)的一端由丁基封端且另一端由氢化物封端的线性聚(二甲基硅氧烷)[由日本Chisso Corp.以商标名FM 0111销售]加入11.5mg氧化铂在375ul(286mg)烯丙基胺中的悬浮液中。将该混合物在浸入加热的油浴中的小瓶中于105℃搅拌16小时。在冷却至环境温度之后，将反应混合物滤过膜滤器(聚四氟乙烯[PTFE]，孔度0.45um)。在真空除去过量烯丙基胺之后，式(7)的产物以黄色轻微浑浊液体保留。1H-NMR表明起始氢化硅烷完全消失且该反应以＞90％的选择性在烯丙基胺的3位发生(与1位相比)；1H-NMR(ppm，CDCl3)：2.602Ht，1.392H txt，1.28-1.214H m，0.843H t，0.484H t，0CH3-Sis。
步骤1.4：N，N-二丁基氨基丙基聚二甲基硅氧烷(8)
将3g化合物(7)溶于10ml正丁基溴中，加入1.73g无水碳酸钠并将该悬浮液在浸入加热的油浴中的密闭小瓶中于105℃搅拌3小时。在冷却至环境温度之后，将反应混合物用二氯甲烷稀释并用水洗涤，将水相用二氯甲烷再次萃取。合并的有机相在无水硫酸钠上干燥，在真空除去溶剂之后得到3.0g褐黄色固体。
通过HPLC(硅胶，庚烷-异丙醇90∶10)提纯2g该粗反应混合物，得到0.57g轻微黄色的澄清油，根据1H-和13C-NMR叔胺(8)＞95％。
步骤1.5：甲基二丁基铵丙基聚二甲基硅氧烷(9)
将560mg化合物(8)溶于2.7ml甲基碘中并将该溶液在浸入加热的油浴中的密闭小瓶中于45℃搅拌20分钟。在冷却至环境温度之后，真空除去过量的甲基碘，以黄色粘稠油形式得到化合物(9)，1H-NMR表明叔胺完全转化成季铵盐；1H-NMR(ppm，CDCl3)：3.45-3.286H m，3.253H s，1.75-1.556H m，1.454H txq，1.26-1.204H m，0.956H t，0.813H t，0.55-0.434H m，0.096H s，0CH3-Sis。
实施例2：铵硅氧烷改性的着黄色纳米颗粒
将34mg步骤1.5中所述化合物(9)溶于3ml乙醇和3ml石油醚(沸程40-60℃)的混合物中并加入1.94g(13)的水分散体，该分散体以钠盐含有1.9重量％纳米颗粒。将该两相体系在浸入加热的油浴中的小瓶中于60℃搅拌15分钟。在冷却之后分离两相。将有机相洗涤两次，每次使用4ml去离子水。加入1ml正十二烷。在静置过夜之后，真空除去低沸点有机溶剂，得到0.77g纳米颗粒(11)在十二烷中的黄色分散体。在通过离心除去聚集体之后，该分散体为均相的且可以作为黄色电泳墨水用于器件中。
分散的带电纳米颗粒具有的直径由借助Malvern Zetasizer Nanoseries的动态光散射测量为213nm。
表面改性的分散的带电纳米颗粒显示出借助Malvern ZetasizerNanoseries测量的ξ电势(ξ)为-7.74mV以及由Smoluchowsky关系式计算的电泳迁移率μ在40V下为-6.64e-3×10-8m2/Vs。
式(13)的原料按如下制备：
步骤2.1：黄色染料改性的纳米颗粒(13)(抗衡离子：钠)
在反应烧瓶中将22.5g化合物(1)的分散体(5.1重量％固体，在乙醇中)加入30ml N，N-二甲基乙酰胺中。加入530mg无水碳酸钠，然后加入3.99g式(12)的反应性黄色染料在30ml N，N-二甲基乙酰胺中的悬浮液。在搅拌下将该混合物加热16小时至105℃，然后冷却至环境温度。将反应混合物倾于800ml乙醇上，通过离心分离产物并再分散于水中。将该颗粒分散体与溶解的物质分离并最终浓缩至质量为72.04g。该分散体含有1.9重量％连接有染料的纳米颗粒(13)。
实施例3：铵硅氧烷改性的着青色纳米颗粒(14)
类似于实施例2所述，使纳米颗粒(18)与步骤1.5中所述的铵聚二甲基硅氧烷(9)反应，得到着青色纳米颗粒(14)在十二烷中的均相分散体，其中n为约11[参见步骤1.3，式(7)]。该分散体可以作为青色电泳墨水用于器件中。
原料按如下制备：
步骤3.1：氨基丙基改性的纳米颗粒(16)
类似于步骤1.1所述使示意“式”(15)的LUDOX TMA(二氧化硅纳米颗粒在水中的34重量％分散体；Aldrich)与3-氨基丙基三甲氧基硅烷(2)反应，得到在乙醇中的式(16)的有机改性纳米颗粒(该分散体的固含量：13％，固体残余物的元素分析：N：1.1％)。
步骤3.2：青色染料改性的纳米颗粒(抗衡离子：钠)(18)
类似于步骤1.2所述使纳米颗粒(16)与式(17)的反应性青色染料反应而得到青色纳米颗粒(18)(该分散体的固含量：2.1％，固体残余物的元素分析：C：7.28％，H：1.16％，N：2.95％，S：1.58％)。
实施例4：铵硅氧烷改性的着青色纳米颗粒(19)
类似于实施例1所述使纳米颗粒(22)(参见步骤4.2)与铵聚二甲基硅氧烷(9)反应而得到染成青色的纳米颗粒(19)(购自Snowtex N)在十二烷中的均相分散体。该分散体作为青色电泳墨水测试。
原料按如下制备：
步骤4.1：氨基丙基改性的纳米颗粒(21)
类似于步骤1.1使示意“式”(20)的Snowtex N(二氧化硅纳米颗粒在水中的21重量％分散体；Nissan Chemicals)与3-氨基丙基三甲氧基硅烷(2)反应得到在乙醇中的有机改性纳米颗粒(21)(该分散体的固含量：5.4％，固体残余物的元素分析：C：4.91％，H：1.23％，N：1.72％)。
步骤4.2：青色染料改性的纳米颗粒(抗衡离子：钠)(22)
类似于步骤1.2使纳米颗粒(21)(购自Snowtex N)与式(17)的反应性青色染料反应，得到青色纳米颗粒(22)(该分散体的固含量：1.36％，固体残余物的元素分析：C：11.08％，H：1.43％，N：4.52％，S：2.47％)。
实施例5(带电的蓝色纳米颗粒)：铵硅氧烷改性的着蓝色纳米颗粒(23)
类似于实施例1使纳米颗粒(25)(参见步骤5.1)与铵聚二甲基硅氧烷(9)反应，得到着蓝色纳米颗粒(23)在十二烷中的均相分散体。该分散体可以作为蓝色电泳墨水用于器件中。
分散的带电纳米颗粒具有的直径由借助Malvern Zetasizer Nanoseries的动态光散射测量为164nm。
表面改性的分散的带电纳米颗粒显示出借助Malvern ZetasizerNanoseries测量的ξ电势(ξ)为-17.7mV以及由Smoluchowski关系式计算的电泳迁移率μ在40V下为-1.52e-2×10-8m2/Vs。
原料按如下制备：
步骤5.1：蓝色染料改性的纳米颗粒(抗衡离子：钠)(25)
类似于步骤1.2所述使纳米颗粒(3)与式(24)的反应性蓝色染料反应，得到蓝色纳米颗粒(25)(该分散体的固含量：3.3％，固体残余物的元素分析：C：15.48％，H：2.02％，N：4.33％，S：3.02％)。
实施例6：铵硅氧烷改性的着品红色纳米颗粒(26)
类似于实施例1所述使纳米颗粒(33)(参见步骤6.4)与铵聚二甲基硅氧烷(31)反应，得到着品红色纳米颗粒(26)在十二烷中的均相分散体。该分散体可以作为品红电泳墨水用于器件中。
原料按如下制备：
步骤6.1：碘丙基硅烷(28)
将90g 3-氯丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷(27)(化学文摘号18077-31-1)和105.22g碘化钠加入250ml丙酮中并在回流下搅拌24小时。蒸发丙酮并将残余物溶于二氯甲烷中。将有机相用水洗涤，干燥并蒸发。得到89g所需3-碘丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷(28)；1H-NMR(ppm，CDCl3)：3.122H t，1.752H txt，0.432H t，027H s。
步骤6.2：三(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)胺(30)
将14.3g 3-碘丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷(28)、5.7g 3-氨基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷和9.6g碳酸钠加入50ml二甲基乙酰胺中并在80℃下搅拌15小时。然后蒸发二甲基乙酰胺并将残余物溶于二氯甲烷中。将有机相用水洗涤，干燥并蒸发。产物通过在硅胶上的柱层析提纯，得到7g式(30)的轻微黄色油；1H-NMR(ppm，CDCl3)：2.216H t，1.386H txt，0.286H t，081H s。
步骤6.3：甲基三(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)碘化铵(31)
将1.42g三(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)胺(30)、1.2g甲基碘和0.9g碳酸钠加入50ml丙酮中。将反应混合物在回流下搅拌15小时。蒸发溶剂并将残余物溶于二氯甲烷中。然后将有机相用水洗涤，干燥并蒸发。残余物含有所需产物甲基三(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)碘化铵(31)；1H-NMR(ppm，CDCl3)：3.276H t，3.183H s，1.56-1.506H m，0.376H t，081H s。
步骤6.4：品红染料改性的纳米颗粒(抗衡离子：钠)(33)
类似于步骤1.2所述使式(16)的纳米颗粒与式(32)的反应性品红染料反应，得到品红色纳米颗粒(33)(该分散体的固含量：8.6％，固体残余物的元素分析：S：1.33％)。
实施例7：铵硅氧烷改性的着品红色纳米颗粒(34)
类似于实施例1所述使步骤1.2中所述式(5)的纳米颗粒与步骤7.1中所述式(35)的铵聚二甲基硅氧烷反应，得到式(34)的着品红色纳米颗粒的均相分散体。
可以代替十二烷将四氢化萘用作式(34)的纳米颗粒的分散溶剂。该分散体可以作为品红电泳墨水用于器件中。
步骤7.1：N，N，N-三甲基-N-[3-(三-三甲基甲硅烷氧基甲硅烷基)-丙基]碘化铵(35)
将0.8g 3-氨基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、1.8g甲基碘和1.35g碳酸钠加入50ml二甲基甲酰胺中。将反应混合物在室温下搅拌3小时。蒸发溶剂并将残余物溶于二氯甲烷和水中。然后将有机相用水洗涤，干燥并蒸发，由此得到化合物(35)；1H-NMR(ppm，CDCl3)：3.45-3.3211H m，1.68-1.582H m，0.392H t，0.0027H s。
实施例8： 硅氧烷改性的着品红色纳米颗粒(36)
类似于实施例1所述使步骤1.2中所述式(5)的纳米颗粒与步骤8.1中所述式(37)的三苯基-(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)碘化反应，得到式(36)的着品红色纳米颗粒的均相分散体。
可以代替十二烷将四氢化萘用作式(36)的纳米颗粒的分散溶剂。该分散体可以作为品红电泳墨水用于器件中。
步骤8.1：三苯基-(三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基)碘化(37)
将1.0g步骤6.1中所述的3-碘丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷(28)、1.7g三苯基膦和0.69g碳酸钠加入50ml四氢呋喃中。将反应混合物在回流下搅拌2天。蒸发溶剂并通过在硅胶上的柱层析提纯残余物，得到所需盐(37)；
ESI-MS：M+599.58。
实施例9：铵硅氧烷改性的着黄色纳米颗粒(38)
类似于对实施例2中的化合物(11)所述，使纳米颗粒(13)与化合物(39)(参见步骤9.1)反应，得到着黄色纳米颗粒26的均相分散体。代替十二烷将Isopar G用作2分散溶剂。该分散体作为黄色电泳墨水用于器件中。
步骤9.1：甲基-二乙基-铵亚丙基聚二甲基硅氧烷(39)
类似于对步骤1.5中的化合物(9)所述制备化合物(39)；
1H-NMR(ppm，CDCl3)：3.584H q，3.322H t，3.203H s，1.70-1.554Hm，1.356H t，1.30-1.24H m，0.823H t，0.55-0.464H m，0.086H s，0.00CH3-Si s。
实施例10：铵硅氧烷改性的着青色纳米颗粒(40)
类似于对实施例4中的化合物(19所述，使纳米颗粒(22)与化合物(41)(参见步骤10.1)反应，得到着青色纳米颗粒(40)的均相分散体。该分散体作为青色电泳墨水用于器件中。
步骤10.1：甲基-二异丙基-铵亚丙基聚二甲基硅氧烷(41)
类似于对步骤1.5中的化合物(9)所述制备化合物(41)；1H-NMR(ppm，CDCl3)：4.082H dxq，3.222H t，3.073H s，1.75-1.614H m，1.506H d，1.456H d，1.30-1.24H m，0.823H t，0.55-0.464Hm，0.086H s，0.00CH3-Si s。
实施例11：包含红色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使步骤11.1中所述的改性颜料颗粒的含水悬浮液与步骤1.5中所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应。将该两相体系在浸入加热的油浴中的小瓶中于60℃搅拌15分钟。在冷却之后分离两相。洗涤有机相。在静置过夜之后真空除去低沸点有机溶剂，得到改性颜料在十二烷中的红色分散体。在通过离心除去聚集体之后，该分散体为均相的且可以作为红色电泳墨水用于器件中。
步骤11.1：在90分钟内使用分散混合机(Cowles溶解器)将39.1g式(205)的盐捏合C.I.(Colour Index)颜料红254[CAS号84632-65-5；IRGAZINDPP Red BO，购自CIBA SC；3，6-二(4-氯苯基)-2，5-二氢吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮]的41.1％含水压滤饼和0.28g可以如DE-4037556A1实施例1a)和1b)所述得到的具有化学式(205)、(206)和(207)的三种化合物的部分磺化混合物的钠盐的28.6％含水滤饼分散于150ml水中：
实施例12：包含蓝色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤12.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备蓝色电泳墨水。
步骤12.1：使用Cowles溶解器将23.1g式(221)的盐捏合铜酞菁蓝15.3(C.I.颜料蓝15.3；C.I.号：74160：3；CAS号：147-14-8；IRGALITE Blue GLO；购自CIBA SC)的49.2％含水滤饼和0.42g式(222)的单磺化(钠盐)铜酞菁衍生物(作为26.4％含水滤饼)一起在100ml水中分散90分钟。
实施例13：包含蓝色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤13.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备蓝色电泳墨水。步骤13.1：使用Cowles溶解器将23.4g式(221)的盐捏合C.I.颜料蓝15.3(IRGALITE Blue GLO，购自CIBA SC)的49.2％含水滤饼和0.23g颜料增效剂(分散剂)SOLSPERSE 5000[CAS号70750-63-9；LubrizolAdvanced Materials Inc.；对应于式(222)，不同的是SOLSPERSE 5000为非钠盐，而是可能为季铵盐]一起在100ml水中分散90分钟。然后将该悬浮液在滤纸上过滤，用水洗涤并将产物在真空烘箱中于80℃下干燥。
实施例14：包含绿色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤14.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备绿色电泳墨水。步骤14.1：使用Cowles溶解器将13.5g C.I.颜料绿7(C.I.74260；铜酞菁绿；多氯铜酞菁；IRGALITE Green GFNP；购自CIBA SC)的38.9％含水滤饼和0.11g铜酞菁衍生物(217)分散90分钟：
实施例15：包含绿色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤15.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备绿色电泳墨水。步骤15.1：使用Cowles溶解器将14g CI颜料绿36(铜酞菁绿色粉末[cpgreen 360009]；多溴酞菁绿；C.I.号：74265；CAS号：14302-13-7；IRGALITE Green 6G，购自CIBA SC)的35.5％含水滤饼和0.12g步骤14.1中所示铜酞菁衍生物(217)分散90分钟。
实施例16：包含黑色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤16.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备黑色电泳墨水。步骤16.1：将10g可以根据WO 00/24736A1第35页实施例12B得到且具有初步式(208)的微粉化氧代苯并呋喃亚基-二氢吲哚酮在100ml水中分散18小时：
初步式(208)的物质在WO 00/24736A1中被描述为“紫色粉末”。尽管该专利申请的发明人认为上式(208)表示了根据所述实施例12b得到的产物的最可能结构，但该结构并非绝对确定。正确的结构也可能对应于式(208)的异构体，尤其是顺/反-异构体，或者对应于该类异构体的混合物。
将在2.9g水中的0.7g对氨基苯磺酸(4-氨基苯磺酸)和1.38g 35％盐酸水溶液分开用1.08ml 4M NaNO2水溶液在4℃下处理。将重氮盐加入根据步骤16.1得到的颜料悬浮液中。移走冷却并在恒定搅拌下将该混合物由4℃温热至23℃，然后在1小时内加热至50℃。
实施例17：包含黑色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤17.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤1.5所示式(9)的铵聚二甲基硅氧烷反应以制备黑色电泳墨水。步骤17.1：将10g C.I.颜料黑7在100ml水中分散过夜。将在2.9g水中的0.7g对氨基苯磺酸和1.38g浓盐酸分开用1.08ml 4M NaNO2溶液在4℃下处理。将重氮盐缓慢加入该颜料悬浮液中。移走冷却并在恒定搅拌下将该混合物由4℃温热至室温，然后在2小时内加热至40℃。
实施例18：包含红色颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤18.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与如步骤18.2所述制备的式(225)的二钾盐反应以制备红色电泳墨水。
步骤18.1：将45.6g式(218)的盐捏合C.I.颜料红264的43.8％含水压滤饼分散于200ml水中：
分开地将5.5g式(219)的普鲁卡因盐酸盐在15g水和7ml HCl中的溶液用5.5ml 4M NaNO2水溶液在0-4℃下处理：
将重氮盐缓慢加入该颜料悬浮液中。在0-4℃下搅拌15分钟之后将该悬浮液在23℃下搅拌1小时，然后加热至50℃并再搅拌1小时。
步骤18.2：制备式(225)的二钾盐
将2g步骤1.3中所述化合物(7)溶于10ml二甲基甲酰胺中，然后加入0.8g无水碳酸钾和0.7g 1，3-丙烷磺内酯并将该悬浮液在105℃下搅拌过夜。在冷却至环境温度之后，将反应混合物用水稀释并分离式(225)的二钾盐[参见公开于本申请的优先权文件第23页上的式(202)的对应阴离子]。
实施例19：包含蓝色颜料颗粒的电泳墨水
如实施例18所述进行，不同的是使用C.I.颜料蓝15:3(铜酞菁蓝；C.I.号：74160：3；CAS号：147-14-8)的压滤饼代替C.I.颜料红264的压滤饼。
实施例20：包含蓝色颜料颗粒的电泳墨水
如实施例18所述进行，不同的是使用C.I.颜料蓝15:1(C.I.颜料蓝15:3的另一晶型)的压滤饼代替C.I.颜料红264的压滤饼。
实施例21：包含品红颜料颗粒的电泳墨水
类似于实施例2所述，使如步骤21.1中所述制备的颜料的含水悬浮液与步骤18.2中所述式(225)的磺化聚二甲基硅氧烷反应以制备品红电泳墨水。
步骤21.1：将63g下式的C.I.颜料红122(CAS号980-26-7和16043-40-6；EU号213-561-3；C.I.号：73915)的31.5％含水压滤饼分散于180ml水中：
分开地将5.5g普鲁卡因盐酸盐在15g水和7ml HCl中的溶液用5.5ml 4MNaNO2水溶液在0-4℃下处理。将重氮盐加入该颜料悬浮液中。
实施例22：包含黄色颜料颗粒的电泳墨水
如实施例21所述进行，不同的是使用式(223)的C.I.颜料黄128的压滤饼代替C.I.颜料红122的压滤饼：
实施例23：包含红色颜料颗粒的电泳墨水
如实施例11所述进行，不同的是将磺化C.I.颜料红254由相同量(基于干重计算)的a)US-A-4914211实施例11A中所述的二酮基吡咯并吡咯羧酸盐或b)US-A-4914211实施例16中所述的二酮基吡咯并吡咯膦酸盐代替。

Claims (21)

1.一种包含体积为5nm3-500×106nm3的带电颗粒和可以与所述颗粒分离且不与所述颗粒共价连接的抗衡离子的组合物，所述抗衡离子包含(聚)硅氧烷结构部分，其包含直接与碳原子键合的硅原子，所述含(聚)硅氧烷结构部分经由合适桥成员与带正电或带负电的官能基团连接。
2.根据权利要求1的组合物，包含体积为5nm3-500×106nm3且具有无机核的带电颗粒和可以与所述颗粒分离且不与所述颗粒共价连接的抗衡离子，所述抗衡离子包含经由合适桥成员与带正电或带负电官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。
3.根据权利要求2的组合物，其中所述无机核为SiO2、Al2O3、TiO2或混合的SiO2、Al2O3和/或TiO2核。
4.根据权利要求2的组合物，其中染料与所述核共价键合。
5.根据权利要求3的组合物，其中染料与所述核共价键合。
6.根据权利要求4的组合物，其中所述染料与所述核表面上的氧原子经由下式的基团共价键合：
其中
q为1-4，
R1和R2相互独立地为氢、核表面-O-或取代基，
X为亚烷基，
B为直接键或延伸至D的桥成员，以及
D为带电的染料残基。
7.根据权利要求5的组合物，其中所述染料与所述核表面上的氧原子经由下式的基团共价键合：
其中
q为1-4，
R1和R2相互独立地为氢、核表面-O-或取代基，
X为亚烷基，
B为直接键或延伸至D的桥成员，以及
D为带电的染料残基。
8.根据权利要求4的组合物，其中所述染料选自式(4)的品红染料、式(12)的黄色染料、式(17)的青色染料、式(24)的蓝色染料和式(32)的品红染料：
9.根据权利要求5的组合物，其中所述染料选自式(4)的品红染料、式(12)的黄色染料、式(17)的青色染料、式(24)的蓝色染料和式(32)的品红染料：
10.根据权利要求6的组合物，其中所述染料选自式(4)的品红染料、式(12)的黄色染料、式(17)的青色染料、式(24)的蓝色染料和式(32)的品红染料：
11.根据权利要求7的组合物，其中所述染料选自式(4)的品红染料、式(12)的黄色染料、式(17)的青色染料、式(24)的蓝色染料和式(32)的品红染料：
12.根据权利要求1的组合物，包含体积为5nm3-500×106nm3且具有基本由有机颜料和/或有机颜料衍生物构成的核的带电颗粒和可以与所述颗粒分离且不与所述颗粒共价连接的抗衡离子，所述抗衡离子包含经由合适桥成员与带正电或带负电官能基团连接的(聚)硅氧烷结构部分。
13.根据权利要求12的组合物，其中所述有机颜料选自碳黑以及1-氨基蒽醌、二苯并[cd,jk]芘-5,10-二酮、蒽素嘧啶、偶氮、偶氮甲碱、喹吖啶酮、喹吖啶酮醌、喹酞酮、二嗪、二酮基吡咯并吡咯、黄烷士酮、阴丹酮、异吲哚啉、异吲哚啉酮、异宜和蓝酮、紫环酮、苝、酞菁、皮蒽酮、硫靛或氧代苯并呋喃亚基-二氢吲哚酮系列的颜料。
14.根据权利要求1-13中任一项的组合物，其中所述抗衡离子具有式(II)或(202)，在各式中n表示5-20且R4、R11和R12各自相互独立地表示C1-C12烷基，或具有式(183)：
15.根据权利要求1-13中任一项的组合物，呈均相分散体形式。
16.根据权利要求14的组合物，呈均相分散体形式。
17.根据权利要求1-13中任一项的组合物，呈电泳墨水形式。
18.根据权利要求16的组合物，呈电泳墨水形式。
19.根据权利要求1-16中任一项的组合物在电泳显示器中的用途。
20.根据权利要求1-16中任一项的组合物用于在电泳条件下进行颜色变化的用途。
21.包含经由合适桥成员与带正电的季氮或磷原子或与带有阴离子性官能基团的结构部分连接的(聚)硅氧烷结构部分的抗衡离子在电泳中的用途。
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