ES2947369T3 - Pigmentos para pantallas electroforéticas - Google Patents
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Abstract
Un pigmento de quinacridona sustituido con polisiloxano se produce mediante un pigmento de quinacridona con un polisiloxano terminado en epoxi en condiciones eficaces para hacer que el grupo epoxi del polisiloxano reaccione con el pigmento de quinacridona y se una al polisiloxano. El pigmento de quinacridona así producido tiene el grupo polisiloxano unido a uno de los átomos de nitrógeno de la quinacridona a través de un grupo de enlace hidrocarbonado, que lleva un grupo hidroxilo en un átomo de carbono α o β al átomo de nitrógeno de la quinacridona. Estos pigmentos de quinacridona son útiles en pantallas electroforéticas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Pigmentos para pantallas electroforéticas
Esta solicitud está relacionada con:
(a) las patentes de EE. UU. N.° 6.822.782 y 7.411.720;
(b) la patente de EE. UU. N.° 9.752.034;
(c) la patente de EE. UU. N.° 9.697.778; y
(d) la patente de EE. UU. N.° 9.921.451.
Esta invención se refiere a pigmentos para su uso en pantallas electroforéticas y a medios electroforéticos y pantallas que contienen dichos pigmentos. Los pigmentos de la presente invención especialmente, aunque no exclusivamente, están destinados a su uso en pantallas electroforéticas capaces de reproducir más de dos colores usando una única capa de medio electroforético que comprende una pluralidad de partículas de color.
La expresión "estado gris" se usa en el presente documento en su significado convencional en la técnica de imágenes para referirse a un estado intermedio entre dos estados ópticos extremos de un píxel, y no implica necesariamente una transición de blanco a negro entre estos dos estados extremos. Por ejemplo, varias de las patentes y solicitudes publicadas de E Ink a las que se hace referencia a continuación describen pantallas electroforéticas en las que los estados extremos son blanco y azul intenso, de modo que un "estado gris" intermedio sería en realidad azul claro. De hecho, como ya se ha mencionado, el cambio en el estado óptico puede no ser un cambio de color en absoluto. Los términos "negro" y "blanco" pueden usarse en lo sucesivo en el presente documento para referirse a los dos estados ópticos extremos de una pantalla, y debe entenderse que normalmente incluyen estados ópticos extremos que no son estrictamente blanco y negro, por ejemplo, los estados blanco y azul oscuro mencionados anteriormente.
Los términos "biestable" y "biestabilidad" se usan en el presente documento en su significado convencional en la técnica para referirse a pantallas que comprenden elementos de visualización que tienen un primer y un segundo estado de visualización que difieren en al menos una propiedad óptica, y de tal modo que después de que cualquier elemento dado se ha activado, mediante un pulso de direccionamiento de duración finita, adopta su primer o segundo estado de visualización, después de que el pulso de direccionamiento ha terminado, ese estado persistirá al menos varias veces, por ejemplo, al menos cuatro veces, la duración mínima del pulso de direccionamiento requerido para cambiar el estado del elemento de visualización. En la patente de EE. uU. N.° 7.170.670 se muestra que algunas pantallas electroforéticas basadas en partículas con capacidad de escala de grises son estables no solo en sus estados extremos de blanco y negro, sino también en sus estados intermedios de gris, y lo mismo ocurre con algunos otros tipos de pantallas electroópticas. Este tipo de pantalla se denomina correctamente "multiestable" en lugar de biestable, aunque por conveniencia el término "biestable" puede usarse en el presente documento para tratar tanto pantallas biestables como multiestables.
Las pantallas electroforéticas basadas en partículas han sido objeto de una intensa investigación y desarrollo durante varios años. En dichas pantallas, una pluralidad de partículas cargadas (a veces denominadas partículas de pigmento) se mueven a través de un fluido bajo la influencia de un campo eléctrico. Las pantallas electroforéticas pueden tener atributos de buen brillo y contraste, amplios ángulos de visión, biestabilidad de estado y bajo consumo de energía en comparación con las pantallas de cristal líquido. No obstante, los problemas con la calidad de imagen a largo plazo de estas pantallas han impedido su uso generalizado. Por ejemplo, las partículas que componen las pantallas electroforéticas tienden a asentarse, dando como resultado una vida de servicio inadecuada para estas pantallas.
Como se ha indicado anteriormente, los medios electroforéticos requieren la presencia de un fluido. En la mayoría de los medios electroforéticos de la técnica anterior, este fluido es un liquido, pero los medios electroforéticos se pueden producir usando fluidos gaseosos; véase, por ejemplo, Kitamura, T., et al., "Electrical toner movement for electronic paper-like display", IDW Japón, 2001, Paper HCS1-1, y Yamaguchi, Y., et al., "Toner display using insulative particles charged triboelectrically", iD w Japón, 2001, Paper AMD4-4). Véanse también las patentes de EE. UU. N.° 7.321.459 y 7.236.291. Dichos medios electroforéticos basados en gas parecen ser susceptibles a los mismos tipos de problemas debido al asentamiento de partículas que los medios electroforéticos basados en líquido, cuando los medios se usan en una orientación que permite dicho asentamiento, por ejemplo, en un letrero donde el medio está dispuesto en un plano vertical. De hecho, el asentamiento de partículas parece ser un problema más serio en los medios electroforéticos basados en gas que en los basados en líquido, puesto que la menor viscosidad de los fluidos de suspensión gaseosos en comparación con los líquidos permite un asentamiento más rápido de las partículas electroforéticas.
Numerosas patentes y solicitudes asignadas a o en nombre del "Massachusetts Institute of Technology" (MIT), E Ink Corporation, E Ink California, LLC. y empresas relacionadas describen diversas tecnologías usadas en medios electroópticos y electroforéticos encapsulados y de microceldas. Los medios electroforéticos encapsulados comprenden numerosas cápsulas pequeñas, cada una de las cuales comprende una fase interna que contiene partículas electroforéticamente móviles en un medio fluido, y una pared de cápsula que rodea la fase interna. Normalmente, las cápsulas se mantienen dentro de un aglutinante polimérico para formar una capa coherente
colocada entre dos electrodos. En una pantalla electroforética de microceldas, las partículas cargadas y el fluido no se encapsulan dentro de microcápsulas, sino que se retienen dentro de una pluralidad de cavidades formadas dentro de un medio portador, normalmente una película polimérica. Las tecnologías descritas en estas patentes y solicitudes incluyen:
(a) Partículas electroforéticas, fluidos y aditivos de fluidos; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 5.961.804 6.017.584 6.120.588 6.120.839 6.262.706 6.262.833 6.300.932 6.323.989 6.377.387 6.515.649 6.538.801 6.580.545 6.652.075 6.693.620 6.721.083 6.727.881 6.822.782 6.831.771 6.870.661 6.927.892 6.956.690 6.958.849 7.002.728 7.038.655 7.052.766 7.110.162 7.113.323 7.141.688 7.142.351 7.170.670 7.180.649 7.226.550 7.230.750 7.230.751 7.236.290 7.247.379 7.277.218 7.286.279 7.312.916 7.375.875 7.382.514 7.390.901 7.411.720 7.473.782 7.532.388 7.532.389 7.572.394 7.576.904 7.580.180 7.679.814 7.746.544 7.767.112 7.848.006 7.903.319 7.951.938 8.018.640 8.115.729 8.199.395 8.257.614 8.270.064 8.305.341 8.361.620 8.363.306 8.390.918 8.582.196 8.593.718 8.654.436 8.902.491 8.961.831 9.052.564 9.114.663 9.158.174 9.341.915 9.348.193; 9.361.836; 9.366.935; 9.372.380; 9.382.427; y 9.423.666 y las publicaciones de solicitud de patente de EE. UU. N.° 2003/0048522; 2003/0151029; 2003/0164480; 2003/0169227 2003/0197916 2004/0030125 2005/0012980 2005/0136347; 2006/0132896; 2006/0281924 2007/0268567 2009/0009852 2009/0206499 2009/0225398; 2010/0148385; 2011/0217639 2012/0049125 2012/0112131 2013/0161565 2013/0193385; 2013/0244149; 2014/0011913 2014/0078024 2014/0078573 2014/0078576 2014/0078857; 2014/0104674; 2014/0231728 2014/0339481 2014/0347718 2015/0015932 2015/0177589; 2015/0177590; 2015/0185509 2015/0218384 2015/0241754; 2015/0248045; 2015/0301425; 2015/0378236; 2016/0139483; y 2016/0170106
(b) Cápsulas, aglutinantes y procesos de encapsulación; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 6.922.276 y 7.411.719;
(c) Estructuras de microceldas, materiales de pared y métodos para formar microceldas; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 7.072.095 y 9.279.906;
(d) Métodos para llenar y sellar las microceldas; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 7.144.942 y 7.715.088;
(e) Películas y submontajes que contengan materiales electroópticos; véanse, por ejemplo, las patentes de EE.
UU. N.° 6.982.178 y 7.839.564;
(f) Planos posteriores, capas adhesivas y otras capas auxiliares y métodos usados en pantallas; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 7.116.318 y 7.535.624;
(g) Formación de color y ajuste de color; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 6.017.584 6.545.797 6.664.944 6.788.452 6.864.875 6.914.714 6.972.893 7.038.656 7.038.670 7.046.228 7.052.571 7.075.502 7.167.155 7.385.751 7.492.505 7.667.684 7.684.108 7.791.789 7.800.813 7.821.702 7.839.564 7.910.175 7.952.790 7.956.841 7.982.941 8.040.594 8.054.526 8.098.418 8.159.636 8.213.076 8.363.299 8.422.116 8.441.714 8.441.716 8.466.852 8.503.063 8.576.470 8.576.475 8.593.721 8.605.354 8.649.084 8.670.174 8.704.756 8.717.664 8.786.935 8.797.634 8.810.899 8.830.559 8.873.129 8.902.153 8.902.491 8.917.439 8.964.282 9.013.783 9.116.412 9.146.439 9.164.207 9.170.467 9.170.468 9.182.646 9.195.111 9.199.441 9.268.191 9.285.649 9.293.511 9.341.916; 9.360.733; 9.361.836; 9.383.623; y 9.423.666 y las publicaciones de solicitud de patente de EE. UU. N.° 2008/0043318; 2008/0048970; 2009/0225398; 2010/0156780; 2011/0043543 2012/0326957; 2013/0242378; 2013/0278995; 2014/0055840; 2014/0078576; 2014/0340430 2014/0340736; 2014/0362213; 2015/0103394; 2015/0118390; 2015/0124345; 2015/0198858 2015/0234250; 2015/0268531; 2015/0301246; 2016/0011484; 2016/0026062; 2016/0048054 2016/0116816; 2016/0116818; y 2016/0140909;
(h) Métodos para activar pantallas; véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. N.° 7.012.600 y 7.453.445; y (i) Aplicaciones de pantallas; véanse, por ejemplo, las patente de EE. UU. N.° 7.312.784 y 8.009.348.
Muchas de las patentes y solicitudes mencionadas anteriormente reconocen que las paredes que rodean las microcápsulas discretas en un medio electroforético encapsulado podrían ser reemplazadas por una fase continua, produciendo así una denominada pantalla electroforética de dispersión por polímeros, en la que el medio electroforético comprende una pluralidad de gotitas discretas de un fluido electroforético y una fase continua de un material polimérico, y que las gotitas discretas de fluido electroforético dentro de dicha pantalla electroforética de dispersión por polímero pueden considerarse cápsulas o microcápsulas aunque la membrana de la cápsula discreta no está asociada a cada gotita individual; véase, por ejemplo, la patente de EE. UU. N.° 6.866.760 mencionada anteriormente. Por consiguiente, para los fines de la presente invención, dichos medios electroforéticos de dispersión por polímeros se consideran subespecies de los medios electroforéticos encapsulados.
Aunque los medios electroforéticos suelen ser opacos (puesto que, por ejemplo, en muchos medios electroforéticos, las partículas bloquean sustancialmente la transmisión de luz visible a través de la pantalla) y funcionan en un modo reflectante, se puede hacer que muchas pantallas electroforéticas funcionen en el denominado "modo de obturador" en el que un estado de visualización es sustancialmente opaco y el otro es transmisor de luz. Véanse, por ejemplo, las patentes de EE. UU. 5.872.552; 6.130.774; 6.144.361; 6.172.798; 6.271.823; 6.225.971; y 6.184.856. Las pantallas dielectroforéticas, que son similares a las pantallas electroforéticas pero se basan en variaciones en la fuerza del
campo eléctrico, pueden funcionar en un modo similar; véase la patente de EE. UU. N.° 4418346. Otros tipos de pantallas electroópticas también pueden funcionar en modo de obturador. Los medios electroópticos que funcionan en modo de obturador pueden ser útiles en estructuras multicapa para pantallas a todo color; en dichas estructuras, al menos una capa adyacente a la superficie de visualización de la pantalla funciona en modo de obturador para exponer u ocultar una segunda capa más distante de la superficie de visualización.
Una pantalla electroforética encapsulada normalmente no experimenta el modo de falla por agrupamiento y asentamiento de los dispositivos electroforéticos tradicionales y proporciona más ventajas, tales como la capacidad de imprimir o recubrir la pantalla en una amplia variedad de sustratos flexibles y rígidos. (El uso de la palabra "impresión" pretende incluir todas las formas de impresión y recubrimiento, incluyendo, pero sin limitación: recubrimientos establecidos previamente, tales como recubrimiento por troquel de parche, recubrimiento por ranura o extrusión, recubrimiento deslizante o en cascada, recubrimiento por cortina; recubrimiento por rodillo, tal como recubrimiento con cuchilla sobre rodillo, recubrimiento por rodillo hacia adelante y hacia atrás; recubrimiento por huecograbado; recubrimiento por inmersión; recubrimiento por pulverización; recubrimiento de menisco; el recubrimiento por centrifugado; recubrimiento con cepillo; recubrimiento con cuchilla de aire; procesos de serigrafía; procesos de impresión electrostática; procesos de impresión térmica; procesos de impresión por chorro de tinta; deposición electroforética (véase la patente de EE. UU. N° 7.339.715); y otras técnicas similares). Por tanto, la pantalla resultante puede ser flexible. Asimismo, debido a que el medio de visualización se puede imprimir (usando una diversidad de métodos), la pantalla en sí se puede hacer de forma económica.
La mayoría de los medios electroforéticos simples de la técnica anterior muestran prácticamente solo dos colores. Dichos medios electroforéticos usan un único tipo de partícula electroforética que tiene un primer color en un fluido de color que tiene un segundo color diferente (en cuyo caso, el primer color se muestra cuando las partículas se encuentran junto a la superficie de visualización de la pantalla y el segundo color se muestra cuando las partículas están separadas de la superficie de visualización), o el primer y segundo tipo de partículas electroforéticas que tienen diferentes primer y segundo color en un fluido sin color (en cuyo caso, el primer color se muestra cuando el primer tipo de partículas se encuentra junto a la superficie de visualización de la pantalla y el segundo color se muestra cuando el segundo tipo de partículas se encuentra junto a la superficie de visualización). Normalmente, los dos colores son blanco y negro. Si se desea una pantalla a todo color, se puede depositar una matriz de filtros de colores sobre la superficie de visualización de la pantalla monocromática (blanco y negro). Las pantallas con matrices de filtros de colores se basan en el uso compartido de áreas y la mezcla de colores para crear estímulos de color. El área de visualización disponible se comparte entre tres o cuatro colores primarios, como rojo/verde/azul (RGB) o rojo/verde/azul/blanco (RGBW), y los filtros se pueden disponer en patrones repetidos unidimensionales (franja) o bidimensionales (2x2). En la técnica, también se conocen otras elecciones de los colores primarios o más de tres primarios. Los tres (en el caso de las pantallas RGB) o cuatro (en el caso de las pantallas RGBw ) subpíxeles se eligen lo suficientemente pequeños para que, a la distancia de visualización prevista, se mezclen visualmente en un solo píxel con un estímulo de color uniforme ("mezcla de colores"). La desventaja inherente de compartir el área es que los colores siempre están presentes y los colores solo se pueden modular cambiando los píxeles correspondientes de la pantalla monocromática subyacente a blanco o negro (activando o desactivando los colores primarios correspondientes). Por ejemplo, en una pantalla RGBW ideal, cada uno de los colores primarios rojo, verde, azul y blanco ocupan una cuarta parte del área de visualización (un subpíxel de cuatro), siendo el subpíxel blanco tan brillante como el blanco de la pantalla monocromática subyacente, y siendo cada uno de los subpíxeles de color no más claros que un tercio del blanco de la pantalla monocromática. El brillo del color blanco mostrado por la pantalla como un todo no puede ser más de la mitad del brillo del subpíxel blanco (las áreas blancas de la pantalla se producen mostrando el subpíxel blanco de cuatro, más cada subpíxel de color en su forma de color equivale a un tercio de un subpíxel blanco, por lo que los tres subpíxeles de color combinados no contribuyen más que el subpíxel blanco). El brillo y la saturación de los colores se reducen al compartir el área con píxeles de color cambiados a negro. Compartir áreas es especialmente problemático cuando se mezcla el amarillo porque es más claro que cualquier otro color de igual brillo, y el amarillo saturado es casi tan brillante como el blanco. Cambiar los píxeles azules (una cuarta parte del área de visualización) a negro hace que el amarillo sea demasiado oscuro.
Las pantallas electroforéticas apiladas multicapas son conocidas en la técnica; véase, por ejemplo, J. Heikenfeld, P. Drzaic, JS Yeo y T. Koch, Journal of the SID, 19(2), 2011, pág. 129-156. En dichas pantallas, la luz ambiental pasa a través de imágenes en cada uno de los tres colores primarios sustractivos, en analogía precisa con la impresión en color convencional. La patente de EE. UU. N.° 6.727.873 describe una pantalla electroforética apilada en la que se colocan tres capas de celdas conmutables sobre un fondo reflectante. Se conocen pantallas similares en las que las partículas de color se mueven lateralmente (véase la solicitud internacional N.° W o 2008/065605) o, usando una combinación de movimiento vertical y lateral, secuestradas en microcavidades. En ambos casos, cada capa está provista de electrodos que sirven para concentrar o dispersar las partículas de color píxel a píxel, de modo que cada una de las tres capas requiere una capa de transistores de película delgada (TFT) (dos de las tres capas de TFT deben ser sustancialmente transparentes) y un contraelectrodo transmisor de luz. Dicha disposición compleja de electrodos es costosa de fabricar, y en el estado actual de la técnica es difícil proporcionar un plano adecuadamente transparente de electrodos de píxeles, especialmente porque el estado blanco de la pantalla debe verse a través de varias capas de electrodos. Las pantallas multicapas también sufren problemas de paralaje cuando el grosor de la pila de pantallas se acerca o supera el tamaño del píxel.
Las patentes de EE. UU. N.° 8.576.476 y 8.797.634 describen pantallas electroforéticas multicolores que tienen un único plano posterior que comprende electrodos de píxeles independientemente direccionables y un electrodo frontal transmisor de luz común. Entre el plano posterior y el electrodo frontal se dispone una pluralidad de capas electroforéticas. Las pantallas descritas en estas solicitudes pueden reproducir cualquiera de los colores primarios (rojo, verde, azul, cian, magenta, amarillo, blanco y negro) en cualquier ubicación de píxeles. Sin embargo, existen desventajas en el uso de múltiples capas electroforéticas ubicadas entre un único conjunto de electrodos de direccionamiento. El campo eléctrico experimentado por las partículas en una capa particular es más bajo que el que sería en el caso de una sola capa electroforética dirigida con el mismo voltaje. Además, las pérdidas ópticas en una capa electroforética más cercana a la superficie de visualización (por ejemplo, causadas por la dispersión de la luz o una absorción no deseada) pueden afectar a la apariencia de las imágenes formadas en las capas electroforéticas subyacentes.
Se han descrito en la técnica pantallas electroforéticas multicolor que comprenden solo una única capa de medio electroforético que contiene de tres a seis tipos diferentes de partículas; véase, por ejemplo, el documento US 2015/0103394; el documento US 2015/0097877; el documento US 2016/0085132; el documento US 2016/0140909; el documento US 2016/0275874; en las patentes de EE. UU. N.° 8.031.392; 8.717.664; 9.170.468; 9.285.649; 9.513.527; 9.514.814; y 9.671.668. La mayoría, si no todas, de estas pantallas de una sola capa dependen, para su funcionamiento, del control estricto de las interacciones entre los diferentes tipos de partículas de modo que la respuesta electroóptica del medio a un campo eléctrico aplicado varía con la magnitud del campo eléctrico, así como su polaridad. Por ejemplo, en la pantalla mostrada en la Figura 2 de la patente de EE. UU. N.° 8.717.664, un voltaje de activación de 15V produce un color negro, mientras que un voltaje de activación de 5V produce un color rojo.
El documento JP 2003-096191 A describe un compuesto de quinacridona sustituido con poli(dimetilsiloxano) que contiene el grupo heterocíclico que contiene un poli(dimetilsiloxano) y dos átomos de nitrógeno en un anillo.
Evidentemente, en este tipo de pantalla multicolor, es muy poco probable que se pueda encontrar un conjunto de partículas que tengan todos los colores e interacciones de partículas deseados y, en la práctica, normalmente es necesario proporcionar algún tipo de recubrimiento, normalmente un recubrimiento polimérico, en al menos algunas de las partículas para controlar las interacciones de las partículas. Por supuesto, existe una extensa literatura sobre el recubrimiento de partículas electroforéticas con polímeros. La patente de EE. UU: N.° 6.822.782 mencionada anteriormente (que se refiere principalmente a pantallas monocromáticas) describe un medio electroforético que comprende una pluralidad de partículas de pigmento suspendidas en un fluido de suspensión, las partículas de pigmento que tienen de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 15 por ciento en peso del pigmento de un polímero unido químicamente a, o reticulado alrededor de, las partículas de pigmento.
La patente de EE. UU. N.° 9.688.859 describe un proceso para el tratamiento de partículas de pigmento que tienen superficies que portan grupos nucleófilos; las partículas de pigmento se ponen en contacto con un reactivo que tiene un grupo polimerizable o iniciador de la polimerización y al menos un grupo electrófilo en condiciones que hacen que los grupos electrófilos reaccionen con los grupos nucleófilos en las superficies de las partículas, uniendo así el grupo polimerizable o iniciador de la polimerización a la superficie de la partícula. A continuación, el grupo polimerizable o iniciador de la polimerización se usa para formar un polímero unido a la partícula de pigmento. Entre los pigmentos así tratados se encuentran los pigmentos de dimetilquinacridona.
La patente de EE. UU. N.° 5.725.651 describe pigmentos de quinacridona N-alquilados con cadenas de alquilo primarias que oscilan entre 1 y 18 carbonos de longitud, y un proceso para producir dichos pigmentos de quinacridona sometiendo una quinacridona a una reacción de N-desprotonación seguida de una alquilación. La alquilación de quinacridonas también se describe en "Alkyl and Dendron Substituted Quinacridones: Synthesis, Structures, and Luminescent Properties" J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5082-5089.
La patente de EE. UU. N.° 9.752.034 mencionada anteriormente describe pigmentos de quinacridona que están funcionalizados superficialmente con metacrilato de glicidilo, anhídrido maleico o anhídrido trimelítico de 4-metacriloxietilo para crear un pigmento funcionalizado. A continuación, los grupos funcionales se activan para unirse a polímeros hidrófobos, recubriendo de este modo el pigmento con los polímeros hidrófobos.
Los diferentes procesos para producir pigmentos recubiertos con polímeros descritos en los cuatro párrafos anteriores requieren todos al menos una síntesis en dos etapas; en la mayoría de los casos, el primer paso introduce un grupo polimerizable o iniciador de la polimerización en el pigmento, mientras que el segundo paso crea una cadena polimérica a partir del grupo polimerizable o iniciador de la polimerización. Por otro lado, puesto que muchos pasos de la formación de polímero dan lugar a cadenas de polímero cuya longitud varía mucho con las condiciones de reacción y/o entre diferentes partículas de polímero, es probable que las longitudes de las cadenas poliméricas varíen sustancialmente. Si se forman cadenas de copolímero, la composición química de las cadenas individuales también puede variar sustancialmente. Dichas variaciones en las cadenas de polímeros pueden afectar tanto a las interacciones partícula-partícula como a las interacciones entre las partículas y el fluido, y cualquiera de los dos efectos puede causar variaciones en la respuesta electroóptica de las partículas y, por consiguiente, de la pantalla.
La presente invención proporciona un pigmento de quinacridona que se puede producir mediante un proceso de un
solo paso para unir una cadena polimérica a una partícula de pigmento. Siempre que se use una cadena de pigmento monodispersa, se pueden obtener recubrimientos poliméricos con una estrecha distribución de pesos moleculares. Por consiguiente, esta invención proporciona un pigmento de quinacridona sustituido con polisiloxano y un medio electroforético que contiene dicho pigmento, de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
En este proceso, el polisiloxano puede ser un polidimetilsiloxano u otro polidialquilsiloxano. La cadena de polisiloxano puede tener un peso molecular en el intervalo de aproximadamente 3.000 a aproximadamente 30.000. El grupo epoxi puede formar parte de un grupo epoxialquil éter o un grupo epoxicicloalquilo. Los polisiloxanos terminados en epoxi preferidos específicos incluyen polidimetilsiloxano terminado en mono-(2,3-epoxi)propiléter, asimétrico, de la fórmula:
(comercializado como Gelest MCR-E21 por Gelest, Inc., 1 Progress Drive, Morrisville PA 19067) y copolímero de [2 3 % (epoxiciclohexiletil)metilsiloxano]-dimetilsiloxano:
Los pigmentos de quinacridona usados como materiales de partida en el proceso de la presente invención pueden ser, por ejemplo, de la siguiente Fórmula I:
en donde cada R es independientemente un hidrógeno, un grupo alquilo C1-C3o un halógeno. Preferentemente ambos
grupos R son grupos metilo. También se pueden tratar otras quinacridonas usando las técnicas descritas en el presente documento. Un material de quinacridona preferido específico para su uso en el presente proceso es una combinación previamente molida de Pigment Violet 19 (N.° CAS 1047-16-1) y Pigment Red 122 (N.° CAS 980-26-7) comercializada por Clariant (Basilea, Suiza) como Ink Jet Magenta E 02 VP2621.
Se apreciará que, en el proceso de la presente invención, el anillo epoxi del polisiloxano puede abrirse en dos direcciones. Normalmente, hay poca diferencia de energía en las dos posibles reacciones, de modo que el producto obtenido sea una mezcla de dos isómeros, uno con un grupo hidroxilo a al nitrógeno de quinacridona y el otro con el grupo hidroxilo p al nitrógeno de quinacridona. Los pigmentos de la presente invención están destinados principalmente para su uso en pantallas electroforéticas, y en esta solicitud el uso de la mezcla de isómeros es satisfactorio, puesto que la función principal del grupo polisiloxano es ayudar a la dispersión del pigmento de quinacridona en los fluidos hidrófobos no acuosos (normalmente hidrocarburos ligeros de aproximadamente 6 a 8 átomos de carbono) usados en la mayoría de las pantallas electroforéticas comerciales, y para este fin la forma exacta del grupo de enlace y su sustituyente hidroxilo es en gran medida irrelevante. Si fuera necesario separar los isómeros para otros usos, los expertos en la síntesis de pigmentos de quinacridona conocerán las técnicas convencionales, tales como la cromatografía preparativa, que puede usarse para separar los isómeros.
Los pigmentos de quinacridona sustituidos con polisiloxano de la presente invención son los representados por la fórmula:
en donde L es un grupo de enlace de hidrocarburo, Sil es un grupo de polisiloxano y la línea discontinua indica que el sustituyente hidroxilo está unido a un átomo de carbono a o p al átomo de nitrógeno de quinacridona y R es hidrógeno, un grupo alquilo C1-C3 o un halógeno.
Esta invención también abarca un medio electroforético que comprende partículas de un pigmento de la presente invención, o producido por el proceso de la presente invención, disperso en un fluido. Dicho medio electroforético puede comprender al menos otros dos tipos de partículas de pigmento además de las partículas del pigmento de la presente invención, teniendo los tres tipos de partículas colores que difieren entre sí. El medio electroforético puede ser del tipo descrito en el documento US 2016/0085132 mencionado anteriormente y comprender, además del líquido,
(a) una pluralidad de primeras y una pluralidad de segundas partículas dispersas en el fluido, portando las primeras y segundas partículas cargas de polaridad opuesta, siendo la primera partícula una partícula dispersora de la luz y teniendo la segunda partícula uno de los colores primarios sustractivos; y
(b) una pluralidad de terceras y una pluralidad de cuartas partículas dispersas en el fluido, portando las terceras y cuartas partículas cargas de polaridad opuesta, teniendo las terceras y cuartas partículas cada una un color primario sustractivo diferente entre sí y de las segundas partículas,
en donde el campo eléctrico requerido para separar un agregado formado por el tercer y cuarto tipo de partículas es mayor que el requerido para separar un agregado formado por otros dos tipos de partículas.
Alternativamente, el medio electroforético puede comprender, además del fluido:
(a) una pluralidad de primeras y una pluralidad de cuartas partículas dispersas en el fluido, portando las primeras y cuartas partículas cargas de polaridad opuesta y teniendo cada una un recubrimiento de polímero que comprende al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso de un monómero de éster de acrilato o metacrilato en donde el grupo éster comprende una cadena de hidrocarburo que comprende al menos aproximadamente seis átomos de carbono, siendo una de las primeras y cuartas partículas una partícula dispersora de la luz y siendo la otra de las primeras y cuartas partículas una partícula sustancialmente no dispersora de la luz que tiene uno de los colores primarios sustractivos;
(b) una pluralidad de segundas partículas dispersas en el fluido, portando las segundas partículas cargas de la misma polaridad que las cuartas partículas, que tienen un recubrimiento de polímero que comprende al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso de un monómero que contiene polidimetilsiloxano, y que tiene un color primario sustractivo diferente de la sustancialmente no dispersora de la luz de las primeras y cuartas partículas, siendo las segundas partículas las partículas de pigmento de la presente invención; y
(c) una pluralidad de terceras partículas que portan la misma polaridad que las primeras partículas, que sustancialmente no dispersan la luz y tienen un color primario sustractivo diferente de las sustancialmente no dispersoras de la luz de las primeras y cuartas partículas y diferente del de las segundas partículas.
Esta invención también proporciona una pantalla electroforética que comprende una capa de un medio electroforético de la invención y al menos un electrodo colocado junto a la capa del medio electroforético y dispuesto para aplicarle un campo eléctrico.
Las Figuras 1-5 de los dibujos adjuntos son mapas de color del plano a*b* (en el espacio de color L*a*b* convencional) que muestran los colores que se pueden obtener de diferentes medios electroforéticos a todo color de la presente invención y medios similares de la técnica anterior, como se describe en los Ejemplos a continuación.
Como se ha indicado anteriormente, el pigmento de quinacridona de la presente invención se puede producir mediante un proceso que comprende añadir un polisiloxano terminado en epoxi a una dispersión de pigmento de quinacridona en un disolvente orgánico, pigmento de quinacridona en un disolvente orgánico que hace que el grupo epoxi del polisiloxano reaccione con el pigmento de quinacridona formando la quinacridona sustituida de la invención, los pigmentos así producidos, y los medios electroforéticos y las pantallas que usan estos pigmentos.
También, como se ha indicado anteriormente, las pantallas electroforéticas multicolor que comprenden sólo una única capa de medio electroforético a menudo dependen, para su funcionamiento, del estrecho control de las interacciones entre los diferentes tipos de partículas. En particular, el medio electroforético descrito en el documento US 2016/0085132 mencionado anteriormente normalmente requiere una partícula (descrita como la partícula magenta) que tiene un recubrimiento de polímero suficiente para permitir que la partícula se disperse fácilmente en los fluidos de hidrocarburo que se usan normalmente en los medios electroforéticos prácticos pero en los que la capa polimérica es lo suficientemente dispersa y las propias cadenas de polímero tienen un peso molecular suficientemente modesto para producir dispersiones con ligera floculación en dichos disolventes de hidrocarburo en ausencia de un agente de control de carga (ACC) añadido. Dichas dispersiones de hidrocarburo con ligera floculación tienen una alta viscosidad con una consistencia parecida a la de la sopa de tomate. Si uno intenta sintetizar dichos pigmentos a través de procesos de la técnica anterior que implican unir primero un grupo polimerizable o iniciador de la polimerización a la partícula de pigmento y, a continuación, efectuar la polimerización en el sitio del grupo polimerizable o iniciador de la polimerización, puede ser difícil proporcionar un control suficientemente preciso de los pesos moleculares de las cadenas poliméricas así producidas y/o el aumento de los pesos moleculares entre las cadenas poliméricas puede ser demasiado grande, con efectos adversos sobre las propiedades del pigmento recubierto con polímero, o excesiva variación entre los lotes del pigmento. Al unir una cadena de polímero preformada directamente al pigmento en un solo paso, la presente invención permite un control muy estricto de los pesos moleculares de las cadenas poliméricas para proporcionar propiedades electroópticas uniformes y una variación reducida entre lotes de pigmentos.
A continuación, se muestran los siguientes ejemplos, aunque solo a modo de ilustración, para mostrar detalles de los reactivos, condiciones y técnicas preferidos usados en el proceso de la presente invención, y las propiedades de los pigmentos resultantes.
Ejemplo 1
Se añadió Ink Jet Magenta E02 (comercializado por Clariant - 1 parte en peso) a acetato de etilo (aproximadamente 7,8 partes en peso) y la dispersión del pigmento resultante se mezcló con alto cizallamiento y se transfirió a un matraz de fondo redondo de 250 ml. Se añadió polidimetilsiloxano terminado en mono-(2,3-epoxi)propiléter, asimétrico (Gelest MCR-E21, peso molecular de aproximadamente 5.000 - aproximadamente 1 parte en peso) al matraz y la mezcla resultante se dejó reaccionar durante la noche bajo nitrógeno a 46 °C. A continuación, el pigmento recubierto con polímero se retiró del matraz y se lavó y centrifugó varias veces para obtener el producto final.
El pigmento resultante se dispersó en fluido de hidrocarburo Isopar (marca comercial registrada) G para producir una dispersión al 15,8 por ciento p/v. Esta dispersión se diluyó con Isopar G adicional y se añadió un 50 por ciento en peso (basado en el peso del pigmento) del agente de control de carga Solsperse (marca comercial registrada) 19K para producir una dispersión que contenía un 5 por ciento en peso de sólidos. El potencial zeta de esta dispersión se midió en una celda de prueba estándar como 21 mV; por el contrario, un pigmento magenta de la técnica anterior producido como se describe en el documento US 2016/0085132 mencionado anteriormente usando el proceso convencional de dos etapas medido como aproximadamente 40-50 mV en las mismas condiciones.
Ejemplo 2
Se añadió Ink Jet Magenta E02 (1 parte en peso) a acetato de etilo (aproximadamente 7 partes en peso) y la dispersión de pigmento resultante se mezcló con alto cizallamiento y se transfirió a un matraz de fondo redondo de 250 ml. Se añadió copolímero de [2-3 % (epoxiciclohexiletil)metilsiloxano]-dimetilsiloxano (Gelest ECMS-227, peso molecular de aproximadamente 18.000-20.000 - aproximadamente 1 parte en peso) al matraz y la mezcla resultante se dejó reaccionar durante la noche bajo nitrógeno a 46 °C. A continuación, el pigmento recubierto con polímero se retiró del matraz y se lavó y centrifugó varias veces para obtener el producto final.
El pigmento resultante se dispersó en fluido de hidrocarburo Isopar G para producir una dispersión al 15 por ciento p/v. Esta dispersión se diluyó con Isopar G adicional y se añadió un 50 por ciento en peso (basado en el peso del pigmento) del agente de control de carga Solsperse 19K para producir una dispersión que contenía un 5 por ciento en
peso de sólidos. El potencial zeta de esta dispersión se midió en una celda de prueba estándar como 22 mV.
Ejemplo 3: Pruebas de gama de colores
El pigmento preparado en el Ejemplo 1 anterior se formuló en medios electroforéticos multicolor sustancialmente como se describe en el Ejemplo 13 del documento US 2016/0085132 mencionado anteriormente, usando cargas de pigmentos magenta del 3 y 3,5 por ciento en peso. Se preparó un medio de control usando el pigmento de la técnica anterior usado en el Ejemplo 13. Los medios se impulsaron en los ocho colores como se describe en el Ejemplo 13 y se calcularon el dSNAP promedio y una gama de colores máxima para cada pigmento. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla 1 y se representan en las Figuras 1-3.
Tabla 1
A partir de la Tabla 1 y las Figuras 1-3, se observará que ambos medios que contenían un pigmento magenta de la presente invención dieron una saturación de magenta mayor que la del medio que contenía el pigmento magenta de la técnica anterior y una gama de colores comparable, aunque el pigmento magenta del Ejemplo 1 se usó exactamente como se preparó por primera vez y no se realizó optimización de la formulación.
En un segundo conjunto de experimentos, el pigmento preparado en el Ejemplo 2 anterior se formuló en un medio electroforético multicolor sustancialmente como se describe en el Ejemplo 13 del documento US 2016/0085132 mencionado anteriormente, usando una carga de pigmento magenta del 3 por ciento en peso. Se preparó un medio de control usando el pigmento de la técnica anterior usado en el Ejemplo 13. Los medios se impulsaron en los ocho colores como se describe en el Ejemplo 13 y se calcularon el dSNAP promedio y una gama de colores máxima para cada pigmento. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla 2 y se representan en las Figuras 4 y 5.
Tabla 2
A partir de la Tabla 2 y las Figuras 4 y 5, se observará que los medios que contenían el pigmento magenta de la presente invención dieron una saturación de magenta mayor que la del medio que contenía el pigmento magenta de la técnica anterior, y una gama de colores ligeramente mayor, aunque el pigmento magenta del Ejemplo 2 se usó exactamente como se preparó por primera vez y no se realizó optimización de la formulación.
A partir de lo anterior, se observará que la presente invención puede proporcionar un método de un solo paso simple para unir cadenas poliméricas de diferentes pesos moleculares a pigmentos de quinacridona. Los conjuntos de pigmentos resultantes permiten un buen ajuste de las energías de interacción del pigmento magenta consigo mismo y con otros pigmentos en pantallas electroforéticas de una sola capa multicolor.
Claims (9)
1. Un pigmento de quinacridona sustituido con polisiloxano caracterizado por que un grupo de polisiloxano está unido a uno de los átomos de nitrógeno de la quinacridona a través de un grupo de enlace de hidrocarburo, el grupo de enlace de hidrocarburo que porta un grupo hidroxilo en un átomo de carbono a o p al átomo de nitrógeno de la quinacridona, siendo el pigmento de quinacridona de fórmula:
en donde L es un grupo de hidrocarburo, Sil es un grupo de polisiloxano y la línea discontinua indica que el sustituyente hidroxilo está unido a un átomo de carbono a o p al átomo de nitrógeno de la quinacridona; y R es hidrógeno, un grupo alquilo C1-C3 o un halógeno.
2. El pigmento de quinacridona de la reivindicación 1, en donde Sil representa el residuo de un polidialquilsiloxano.
3. El pigmento de quinacridona de la reivindicación 1, en donde el grupo Sil tiene un peso molecular en el intervalo de 3.000 a 30.000.
4. El pigmento de quinacridona de la reivindicación 1, en donde ambos grupos R son grupos metilo.
5. Un medio electroforético que comprende partículas de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1 dispersas en un fluido.
6. El medio electroforético de la reivindicación 5 que comprende además al menos dos tipos de partículas de pigmento distintas de las partículas de pigmento de quinacridona, los tres tipos de partículas de pigmento que tienen colores que difieren entre sí.
7. El medio electroforético de la reivindicación 5 que además comprende, además del fluido:
(a) una pluralidad de primeras y una pluralidad de segundas partículas dispersas en el fluido, portando las primeras y segundas partículas cargas de polaridad opuesta, siendo la primera partícula una partícula dispersora de la luz y teniendo la segunda partícula uno de los colores primarios sustractivos; y
(b) una pluralidad de terceras y una pluralidad de cuartas partículas dispersas en el fluido, portando las terceras y cuartas partículas cargas de polaridad opuesta, teniendo las terceras y cuartas partículas cada una un color primario sustractivo diferente entre sí y de las segundas partículas,
en donde el campo eléctrico requerido para separar un agregado formado por el tercer y cuarto tipo de partículas es mayor que el requerido para separar un agregado formado por otros dos tipos de partículas.
8. El medio electroforético de la reivindicación 5 que además comprende, además del fluido:
(a) una pluralidad de primeras y una pluralidad de cuartas partículas dispersas en el fluido, portando las primeras y cuartas partículas cargas de polaridad opuesta y teniendo cada una un recubrimiento de polímero que comprende al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso de un monómero de éster de acrilato o metacrilato en donde el grupo éster comprende una cadena de hidrocarburo que comprende al menos aproximadamente seis átomos de carbono, siendo una de las primeras y cuartas partículas una partícula dispersora de la luz y siendo la otra de las primeras y cuartas partículas una partícula sustancialmente no dispersora de la luz que tiene uno de los colores primarios sustractivos;
(b) una pluralidad de segundas partículas dispersas en el fluido, portando las segundas partículas cargas de la misma polaridad que las cuartas partículas, que tienen un recubrimiento de polímero que comprende al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso de un monómero que contiene polidimetilsiloxano, y que tiene un color primario sustractivo diferente de la sustancialmente no dispersora de la luz de las primeras y cuartas partículas, siendo las segundas partículas las partículas de pigmento de la presente invención; y
(c) una pluralidad de terceras partículas que portan la misma polaridad que las primeras partículas, que sustancialmente no dispersan la luz y tienen un color primario sustractivo diferente de las sustancialmente no dispersoras de la luz de las primeras y cuartas partículas y diferente del de las segundas partículas.
9. Una pantalla electroforética que comprende una capa de un medio electroforético de acuerdo con la reivindicación 5 y al menos un electrodo colocado junto a la capa de medio electroforético y dispuesto para aplicarle un campo eléctrico.
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