JP2013210526A - 電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子及びその製造方法 - Google Patents

電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子を提供することを課題とする。
【解決手段】炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料を含む単量体組成物を重合して得られ、0.9〜1.04g/cm3の真密度及び0.5〜3.5nC・g/m2の帯電密度を有することを特徴とする電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子により前記課題を解決する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子(本発明においては、単に着色樹脂粒子とも称する)及びその製造方法に関する。具体的には、本発明は、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子及びその製造方法に関する。
着色樹脂粒子は、塗料、トナー、流体の可視化等種々の分野で利用されている。その中でも、非極性溶媒中で電圧を印加することにより、相対する電極間を電気泳動により移動する特性を有する着色樹脂粒子は、電子ペーパー等の画像表示用素子、静電潜像用粒子、電気粘性流体等の用途において不可欠な原料として注目されている。
ここで、着色樹脂粒子が画像表示用素子に用いられる一例を紹介する。スペーサーを介して対向配置された、少なくとも一方が透明である2枚の電極基板の間に、画像表示素子としての着色樹脂粒子が分散媒中に分散された表示液を封入した表示パネルを構成する。この表示パネルの2枚の電極基板間に電界を印加することで、着色樹脂粒子を電気泳動により移動させ、表示を得ることができる。このような原理による画像表示装置は、視野角が通常の印刷物並みに広い、消費電力が少ない、メモリー性を有する等の長所を有することから、安価な表示装置として注目されている。
このような画像表示装置には、非極性の分散媒が一般に用いられる。非極性の分散媒としては、シリコーンオイルや、パラフィン系炭化水素のような脂肪族炭化水素類が挙げられる。着色樹脂粒子は、これらの分散媒中で安定に分散し、帯電性や電気泳動の駆動に優れていることが必要となっている。また、異なる帯電極性を有する複数種類の粒子が混合された系においても、粒子同士の凝集をより抑制した粒子であることが必要となっている。
シリコーンオイルに安定に分散しかつ安定な帯電特性を着色樹脂粒子に与える以下のような技術が提案されている。特許文献1には特定量の窒素原子及びカルシウム元素を含有させることで安定な帯電特性を有する着色樹脂粒子の技術が提案されている。また、特許文献2には着色樹脂粒子の真密度を0.9〜1.04g/cm3にすることで分散媒中において安定に分散し、粒子の沈降が抑制できる技術が提案されている。
特開2006−3510号公報 特開2011−153215号公報
しかしながら、前記いずれの特許文献においても、非極性溶媒中において安定した分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集が抑制された着色樹脂粒子を得ることができないことがあった。特許文献1では、着色樹脂粒子の真密度が高いため、粒子の沈降が起こりやすく、また、帯電極性の異なる複数種類の粒子の存在下での凝集抑制のさらなる改善が望まれていた。一方。特許文献2では分散媒中において安定に分散し、粒子の沈降が抑制できるが、帯電極性の異なる複数種類の粒子の存在下では粒子の凝集抑制は必ずしも十分ではなかった。
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子を提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の単量体組成物を重合して得られ、0.9〜1.04g/cm3の真密度及び0.5〜3.5nC・g/m2の帯電密度を有する着色樹脂粒子が、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子であることを見出し、本発明を行うに至った。
かくして、本発明によれば、炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料を含む単量体組成物を重合して得られ、0.9〜1.04g/cm3の真密度及び0.5〜3.5nC・g/m2の帯電密度を有することを特徴とする電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子が提供される。
また本発明によれば、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子の簡便な製造方法が提供される。
本発明によれば、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子を提供することができる。
また本発明によれば、電子供与基を有する化合物が、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル、スチレンのアミノアルキル誘導体、及びピリジル基を有する重合性単量体からなる群から選択される場合、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制により優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子を提供することができる。
また本発明によれば、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子の簡便な製造方法を提供することができる。
また本発明によれば、アゾ系重合開始剤が単量体組成物100質量部に対して0.05〜10質量部の割合で混合される場合、非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子のさらに簡便な製造方法を提供することができる。
本発明の特徴は、炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料を含む単量体組成物を重合して得られ、0.9〜1.04g/cm3の真密度及び0.5〜3.5nC・g/m2の帯電密度を有する電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子である。以下、本発明を詳説する。
<単量体組成物>
本発明の単量体組成物は、炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体、電子供与基を有する化合物及び顔料を少なくとも含む。このため、単量体組成物を重合して得られる着色樹脂粒子は非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れる。
<ビニル系単量体>
本発明の単量体組成物は、炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも一種類以上含むビニル系単量体を含有する。また、所望の物性に影響を与えない限りその他の単量体成分を含んでいてもよい。
単量体組成物は、単量体組成物100質量%に対して、ビニル系単量体を50〜98質量%、好ましくは55〜95質量%の割合で含む。単量体組成物がビニル系単量体を50質量%より少なく含む場合、重合によって製造された着色樹脂粒子の真密度が大きくなるので、分散媒中での樹脂粒子の沈降速度が速くなり、沈降凝集等が発生する。他方、単量体組成物がビニル系単量体を98質量%より多く含む場合、一般的な使用条件下での製造及び使用が困難となる。
また、ビニル系単量体は、炭素数8〜26、好ましくは炭素数8〜25、より好ましくは炭素数9〜24のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも一種類以上含む。アルキル基の炭素数8より小さい場合、着色樹脂粒子の非極性溶媒中での分散性が劣る。他方、アルキル基の炭素数が26より大きい場合、顔料が着色樹脂粒子中で十分に分散せず、着色樹脂粒子と異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制が劣る。アルキル基は、所望の物性に影響を与えない限り、直鎖状、分枝鎖状、環状のいずれであってもよい。なお、(メタ)アクリルとはアクリル又はメタクリルを意味する。
(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸i−オクチル、(メタ)アクリル酸i−ノニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル及び(メタ)アクリル酸イソステアリルのような単量体が挙げられる。(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、アクリル酸イソステアリル及びアクリル酸イソオクチルが好ましい。これらの単量体から1種のみ使用しても、2種以上を併用してもよい。
また、ビニル系単量体は、ビニル系単量体100質量%中に(メタ)アクリル酸エステル系単量体を、好ましくは50〜99質量%、より好ましくは60〜97質量%の割合で含む。ビニル系単量体が(メタ)アクリル酸エステル系単量体を50質量%より少なく含む場合、着色樹脂粒子の非極性溶媒中での分散性が劣ることがある。他方、ビニル系単量体が(メタ)アクリル酸エステル系単量体を99質量%より多く含む場合、得られる樹脂のガラス転移温度が低くなり、また耐溶剤性も低くなり、一般的な使用条件下での製造及び使用が困難となることがある。
他方、(メタ)アクリル酸エステル系単量体以外のその他のビニル系単量体としては、得られる着色樹脂粒子が所定の真密度となるのを妨げない範囲で、広く一般的に用いられる各種ビニル系単量体を使用することができる。例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−フェニルスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン及びp−クロロスチレンのようなスチレン系単量体、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル及び(メタ)アクリル酸イソブチルのような低級(メタ)アクリル酸エステル系単量体、(メタ)アクリル酸、塩化ビニル、酢酸ビニル等を1種のみで又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、その他のビニル系単量体として架橋剤を使用することが好ましい。架橋剤を併用することにより、より容易に着色樹脂粒子の真密度を所定の範囲とすることもできる。
具体的には、架橋剤としては2個以上のビニル基を有する化合物が挙げられる。例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン及びこれらの誘導体のような芳香族ジビニル化合物;エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、アリルメタクリレート、t−ブチルアミノエチルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート及び1,3−ブタンジオールジメタクリレートのようなジエチレン性不飽和カルボン酸エステル;N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルサルファイド並びにジビニルスルホン酸が挙げられる。架橋剤としては、エチレングリコールジメタクリレート及びジビニルベンゼンが好ましい。
<電子供与基を有する化合物>
本発明の単量体組成物は電子供与基を有する化合物を含む。このような化合物を含むため、着色樹脂粒子は電気泳動用の樹脂粒子として好適に使用することができる。また、電子供与基としてはアミノ基、アミノアルキル基、ピリジル基のような複素環基、又は4級アンモニウム塩等の基を挙げることができる。
単量体組成物は、単量体組成物100質量%中に、電子供与基を有する化合物を0.01〜0.4質量%、好ましくは0.02〜0.35質量%、より好ましくは0.03〜0.35質量%の割合で含む。単量体組成物が電子供与基を有する化合物を0.01質量%より少なく含む場合、着色樹脂粒子の帯電性が不足し、電気泳動で帯電極性を維持したまま使用できない。他方、単量体組成物が電子供与基を有する化合物を0.4質量%より多く含む場合、着色樹脂粒子の帯電が高く、異なる帯電極性を有する粒子と凝集しやすくなる。
電子供与基を有する化合物は、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル、スチレンのアミノアルキル誘導体、及びピリジル基を有する単量体を含む群から選択されることが好ましい。
ここで、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステルとしては、例えば、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート(ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等)が挙げられる。また、これら一種類以上からなる単量体が挙げられる。
スチレンのアミノアルキル誘導体としては、例えば、アミノスチレン、ジメチルアミノスチレン、N−メチルアミノエチルスチレン、ジメチルアミノエトキシスチレン、ジフェニルアミノエチルスチレン及びN−フェニルアミノエチルスチレンのようなアミノアルキル基を有するスチレン系単量体、又は、これらの単量体由来の骨格を有する共重合体が挙げられる。
アルキル基及びアミノアルキル基は、それぞれ、好ましくは1〜18個、より好ましくは1〜14個の炭素原子を有する。これらも、所望の物性に影響を与えない限り、直鎖状、分枝鎖状、環状のいずれであってもよい。
ピリジル基を有する単量体としては、例えば、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン及び2−ビニル−6−メチルピリジン、又は、これらの単量体由来の骨格を有する共重合体が挙げられる。
他方、ビニル基を有さない電子供与基を有する化合物を単量体組成物中に加えてもよい。具体的には、前記のようなビニル基を有する電子供与基を有する化合物のビニル基を水素化したものが挙げられる。
<顔料>
本発明の単量体組成物は顔料を含む。このため、着色樹脂粒子及びそれを含む分散液は外観に優れる。
単量体組成物は、単量体組成物100質量%に対して、顔料を、好ましくは1〜30質量%、より好ましくは1.6〜20質量%の割合で含む。単量体組成物が顔料を1質量%より少なく含む場合、樹脂粒子が十分な異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制を得ることができないことがある。他方、単量体組成物が顔料を30質量%より多く含む場合、単量体組成物の粘度が非常に高くなり、着色樹脂粒子が得られ難いことがある。また、粒子の比重が増加するため分散媒中において沈降凝集等を生じ分散性を低下させる原因となりうる場合がある。
なお、ビニル系単量体、電子供与基を有する化合物及び顔料の合計質量%は100質量%を超えることはない。
単量体組成物に着色剤として混合される顔料には、公知の無機顔料や有機顔料が使用される。無機顔料としては、例えば、アルミナ、二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ微粉体、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン等の粉末ないし粒子が挙げられる。有機顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、3、12、13、14、17、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、74、81、83、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、138、153、C.I.ピグメントレッド1、2、3、5、17、22、23、31、38、48:2、48:2、48:3、48:4、49:1、52:2、53:1、57:1、60:1、63:1、63:2、64:1、81、83、88、101(ベンガラ)、104、105、106、108、112、114、122(キナクリドンマゼンタ)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219、254、C.I.ピグメントブルー1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17:1、56、60、63、C.I.ピグメントグリーン1、4、7、8、10、17、18、36等が挙げられる。
顔料は、酸・塩基処理、カップリング剤処理、ポリマーグラフト処理、プラズマ処理、酸化/還元処理等により表面処理されていてもよい。
<その他の成分>
所望の着色樹脂粒子を得ることができる限り、着色樹脂粒子は他の添加剤等を適宜含んでいてもよい。具体的には、気泡調整剤、被覆剤、光安定剤、紫外線吸収剤、消泡剤、熱安定剤、滑剤及び帯電防止剤を挙げることができる。
なお、原料単量体、その他の成分等の質量及び質量比と、着色樹脂粒子に含まれる樹脂成分、その他の成分等の質量及び質量比とは略同一である。また、着色樹脂粒子の定性及び定量はNMR、IR、GPC等を使用して、公知の方法に従って行うことができる。
<着色樹脂粒子の製造方法>
着色樹脂粒子を得る方法としては、公知の重合方法、例えば懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等を挙げることができる。
一例を挙げれば、本発明の電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子は、炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料からなる単量体組成物、重合開始剤として水に対する溶解度が0.25質量%未満のアゾ系重合開始剤のみが混合された混合物を重合させる工程を含む製造方法により得ることができる。
以下、懸濁重合法による(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子の製造方法について説明するが、本発明は、この製造方法のみに限定されるものではない。
単量体に着色剤としての顔料及びその他の添加物(重合開始剤、架橋剤、界面活性剤、顔料分散剤等)を添加、混合することにより単量体組成物が得られる。得られた単量体組成物は、水系分散媒に懸濁される。ここで、懸濁した粒子の安定化を図るために、単量体組成物100質量部に対して、水系分散媒は100〜2000質量部使用するのが好ましい。なお、水系分散媒としては、水、又は水と水溶性溶媒(例えば、低級アルコール)との混合物が挙げられる。
懸濁安定剤は、単量体組成物の添加前に水系分散媒へ添加することが好ましい。懸濁重合は、水系分散媒を、例えば40〜120℃、好ましくは45〜110℃の温度に加熱することにより行うことができる。懸濁重合が完了した後、得られた着色樹脂粒子を水系分散媒中より分離、洗浄、乾燥した後、必要に応じて分級工程を経て、所望粒径の着色樹脂粒子を得ることができる。
懸濁安定剤としては、目的とする着色樹脂粒子が得られるものであれば何ら制限されるものではないが、例えば、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等のリン酸塩、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸アルミニウム、ピロリン酸亜鉛等のピロリン酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、コロイダルシリカ等難水溶性無機化合物の分散安定剤が挙げられる。なかでも、重合終了後に系のpHを調整することにより容易に溶解し、除去可能な無機化合物を用いるのがよい。例えば、第三リン酸カルシウムや複分解生成法によるピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸カルシウム、コロイダルシリカを使用すると、目的とする着色樹脂粒子をより安定的に得ることができるため好ましい。
懸濁安定剤は、得られる着色樹脂粒子の粒子径が所定の大きさになるようにその組成や使用量を適宜調節して使用される。懸濁安定剤の添加量は、単量体組成物100質量部に対して、0.1〜30質量部が好ましい。より好ましくは0.5〜20質量部である。
分散媒に水系分散媒を用いる場合には、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等の界面活性剤が添加されてもよい。界面活性剤の添加量は、単量体組成物100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましい。より好ましくは0.02〜3質量部である。
アニオン性界面活性剤としては、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油カリ等の脂肪酸油、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等のアルキル硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩等が挙げられる。両性イオン界面活性剤としては、ラウリルジメチルアミンオキサイドや、リン酸エステル系又は亜リン酸エステル系界面活性剤が挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックポリマー等が挙げられる。
重合に用いる重合開始剤としては、通常懸濁重合に用いられる油溶性アゾ系開始剤のみが用いられる。一例を挙げると、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(ABNV)、2,2’−アゾビス(2,3−ジメチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,3,3−トリアゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,3,3−トリメチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−イソプロピルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)のようなアゾ系重合開始剤を挙げることができる。
本発明においては、重合は、重合開始剤として水に対する溶解度(25℃)が0.25質量%未満のアゾ系重合開始剤のみを使用して行われる。この場合、アゾ系重合開始剤の水性媒体中への溶出を抑制することにより、水性媒体中での重合を極力抑制し、その結果、異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れ、かつ所望の色表示性に優れた電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子をより簡便に製造することができる。また、本発明において、重合開始剤として有機過酸化物などの他の重合開始剤を単独又は併用して用いた場合、異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制が不十分となる。
通常、水中に溶解した重合開始剤を基点とした重合により粒子径が1μm以下の新粒子が発生しやすくなる。新粒子は顔料を含有していないため、所望の色表示性が低下する場合がある。また、新粒子が他の泳動粒子と凝集し、泳動阻害をまねく場合もある。このため、水に対する溶解度が0.25質量%未満のアゾ系重合開始剤のみを使用することにより、前記のような問題を効果的に抑制することができる。
ここで、アゾ系重合開始剤は、単量体組成物100質量部に対して、好ましくは0.05〜10質量部、より好ましくは0.1〜8質量部混合される。アゾ系重合開始剤が0.05質量部より少なく混合される場合、重合が完結しないことがある。他方、アゾ系重合開始剤が10質量部より多く混合される場合、短鎖長の重合体が多く発生し、所望の物性に悪影響を与えることがある。
重合完了後、着色樹脂粒子は、必要に応じて遠心分離されて水性媒体が除去され、水及び溶剤で洗浄された後、乾燥、単離される。本発明で行われる懸濁重合により、得られる着色樹脂粒子の水系分散媒からの単離方法は、特に限定されるものではないが、公知の方法として、例えば、スプレードライヤーに代表される噴霧乾燥法、ドラムドライヤーに代表される加熱された回転ドラムに付着させて乾燥する方法又は凍結乾燥法が挙げられる。
また、前記重合工程において水系での乳化粒子の発生を抑えるために、亜硝酸塩類、亜硫酸塩類、ハイドロキノン類、アスコルビン酸類、水溶性ビタミンB類、クエン酸、ポリフェノール類等の水溶性の重合禁止剤が用いられてもよい。
工程温度、工程圧力、工程時間及び製造設備のようなその他の製造条件は、使用原料等に従って適宜設定される。また、所望の物性を得ることができる限り、使用原料は単独で使用してもよく、複数の原料を組み合わせて使用してもよい。
<着色樹脂粒子>
本発明の着色樹脂粒子は、0.9〜1.04g/cm3の真密度を有する。ここで、真密度とは、物質自身が占める体積だけを密度算定用の体積とする密度のことをいう。
一般的な着色樹脂粒子(例えば、メタクリル酸メチル粒子)の真密度は約1.2g/cm3であり、たとえ着色剤が含まれていても、この真密度は大きく変わることはない。このような真密度の粒子は、分散媒中で沈降凝集する。本発明の発明者等は、真密度を0.9〜1.04g/cm3の範囲に調整することで、分散媒中での沈降凝集を抑制できることを意外にも見出している。
真密度が0.9g/cm3より小さいと、分子量が小さくなり、着色樹脂粒子を安定して製造することが困難となる場合がある。また、分散媒の種類によっては、着色樹脂粒子と分散媒との比重差により、ほとんどの着色樹脂粒子が分散媒中で浮遊することとなって、分散安定性が悪くなる。また、真密度が1.04g/cm3より大きいと、分散媒中での着色樹脂粒子の沈降速度が速くなり、沈降凝集等が発生して、分散性が悪くなる。
また、着色樹脂粒子は、0.5〜3.5nC・g/m2、好ましくは0.6〜3.2nC・g/m2の帯電密度を有する。着色樹脂粒子が0.5nC・g/m2より低い帯電密度を有する場合、着色樹脂粒子の帯電密度が低いため粒子の極性が不明確となり易い。例えば表示用デバイスに組み込んで電気泳動させた場合、所望の色表示が困難となる。他方、着色樹脂粒子が3.5nC・g/m2より高い帯電密度を有する場合、粒子表面の帯電が高すぎるため、他の逆極性を有する泳動粒子との間で凝集が起こり易くなる。
本発明の着色樹脂粒子は前記のような真密度及び帯電密度を有することができる。このため、着色樹脂粒子を電気泳動に用いた場合、本発明の着色樹脂粒子は非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れることを示すことができる。
着色樹脂粒子は、中実粒子でも、中空粒子でも、多孔質粒子でもよい。着色樹脂粒子の各粒子間に大きな比重分布が生じることにより、着色樹脂粒子が電気泳動でバラついてしまう結果、画像表示装置が表示ムラや動作不良を起こしてしまうことを防ぐという観点から、着色樹脂粒子は中実粒子であることが好ましい。ここで、中実とは、実質的に空間の存在しないことを意味し、意図せず形成された空間を含んでいてもよい。
着色樹脂粒子の平均粒子径は、好ましくは0.2〜50μm、より好ましくは1〜30μmである。平均粒子径が0.2μm未満では、表示に必要な色濃度を確保することが難しくなり、分散媒中の着色樹脂粒子の濃度を高めることが必要となる。そうすると分散体の粘度が非常に高くなり、着色樹脂粒子の電気泳動による移動が困難となることがある。一方、50μmを超えると、分散媒との比重差が小さい場合でも粒子径が大きいため沈降速度が速くなり分散媒中で直ぐに沈降してしまうことがある。
着色樹脂粒子は、単分散性に優れていることが好ましい。ここでいう単分散性とは、粒子の大きさが略均一であって凝集せずに散らばりやすい状態のことを指す。単分散性の1つの指標となる粒度分布において、変動係数(CV値)が40%以下であることが好ましい。より好ましくは、30%以下である。CV値が40%を超えると、着色樹脂粒子同士の電気泳動性に大きなバラツキが見られるようになるため、表示ムラ、さらには動作不良が生じる可能性がある。
<電気泳動>
得られる着色樹脂粒子は非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れるため、このような特性が求められる、画像表示用素子、電気粘性流体用粒子等の粒子の電気泳動を利用する用途、静電潜像トナー用粒子の用途にこれらを好適に使用することができる。
着色樹脂粒子の電気泳動に用いられる分散媒としては、非極性のものであればよく、特に限定されるものではない。非極性の分散媒としては、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン等のパラフィン系炭化水素、イソヘキサン、イソオクタン、イソドデカン等のイソパラフィン系炭化水素、流動パラフィン等のアルキルナフテン系炭化水素、ジメチルシリコーンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、ジアルキルシリコーンオイル、アルキルフェニルシリコーンオイル、環状ポリジアルキルシロキサン又は環状ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーンオイルが挙げられる。
これら非極性の分散媒のうち、環境への影響、着色樹脂粒子の電気泳動のし易さ等を考慮すると、動的粘度が2〜20センチストークスのジメチルシリコーンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、ジアルキルシリコーンオイル、アルキルフェニルシリコーンオイル、環状ポリジアルキルシロキサン又は環状ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーンオイルを用いることが好ましい。これらのシリコーンオイルの25℃における液比重は、概ね0.79〜1.00g/cm3の範囲である。
シリコーンオイルに着色樹脂粒子を分散させて得られる分散体において、着色樹脂粒子が占める割合は、分散体100質量%中に、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは10〜40質量%である。1質量%未満の場合、表示に必要な色濃度を確保することができない場合がある。一方、50質量%を超える場合、分散体の粘度が高くなり、着色樹脂粒子が電気泳動により移動することができない場合がある。
以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(重合開始剤の水に対する溶解度)
純水30gと重合開始剤1gを100mLビーカーに入れ、25℃で3時間攪拌する。攪拌後、ろ過を行い未溶解の重合開始剤を濾別し、得られた濾液(A)を20g採取し、25℃の真空乾燥機で24時間乾燥する。残存した開始剤の量(B)を計測し、水に対する溶解度を算出する。
水に対する溶解度 (質量%)=100×B(g)/A(g)
(真密度)
島津製作所−マイクロメリティックス社製 乾式密度計アキュピック1330(気体置換法)を用い、着色樹脂粒子4gを10ccセルに採り、繰り返し5回以上測定し、その平均値を求める。
(帯電密度)
シリコーンオイル(信越化学社製:KF−96L−1CS、動粘度:1センチストークス)にスチレン10質量部、シリコーンマクロモノマー(サイラプレーンFM−0721、チッソ社製)90質量部を重合して得られる分散剤を溶解させ、0.04質量%シリコーンオイルを作成する。この溶液に得られた着色樹脂粒子を加え、固形分10質量%の着色樹脂粒子の分散液(約3mL)を調製し、測定用試料とする。次いで、片面に酸化インジウムスズ(ITO)をコートしたガラス板(幅20mm、長さ100mm、厚み0.7mm、松浪硝子工業社製、商品名:ITOコートガラス EAGLE XG)2枚を用意する。図1に示すように、一方のガラス基板のコート面にスペーサーとして厚み50μmのテフロン(登録商標)フィルム(幅20mm、長さ25mm)を貼り付け、2枚のガラス板をコート面が内側になるようにした状態でスペーサーを介して挟み込んだ平行平板(冶具)とする。2枚のガラス板の酸化インジウムスズ(ITO)のコート面のすき間(幅25mm、長さ20mm、厚み100μm)に、シリンジを用いて、予め調製しておいた測定用試料を毛細管現象により浸透させる。次に、冶具の両面を測定装置(KEITHLEY社製、商品名:KEITHLEY6514)に接続し、+20Vの電圧を30秒間印加させて得られた測定値を帯電量[nC]とする。
帯電密度は下記の式より算出する。
帯電密度[nC・g/m2(nC/(m2/g))]
=帯電量[nC]/1g当たりの粒子の比表面積(m2/g)
・1gあたりの粒子の比表面積[m2/g]=6÷(密度×粒子径)
(混色評価(異なる帯電極性を有する粒子との凝集性の評価))
サイラプレーンFM−0711(チッソ社製)82質量部、イソステアリルアクリレート6質量部及びグリシジルメタクリレート2質量部を、ジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L 2cs)110質量部と混合し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリル(和光純薬製:V−65)を0.07質量部添加して、58℃、13時間、重合を実施し、エポキシ基をもった反応性シリコーン系高分子A(反応性分散剤)を作製する。重量平均分子量は70万である。そして、ジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L 2cs)で希釈することで反応性シリコーン系高分子の10質量%シリコーンオイル溶液を作製する。
反応性シリコーン系高分子10質量部、粒子90質量部及び炭化水素(エクソンモービル社製:アイソパーG)900質量部を混合し、トリエチルアミン0.1質量部を添加し後、110℃で4時間加熱をして、表面処理を行う。反応後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、炭化水素による洗浄を繰り返し、精製を行う。さらに40℃下、真空乾燥機で24時間乾燥し、表面処理を完了する。
10mLのガラス瓶に、表面処理を行った着色樹脂粒子0.45g、固形分8質量%の負帯電シアン粒子又は負帯電性白色粒子0.40g、分散媒としてシリコーンオイルKF−96L−2CS(信越化学工業社製)4.5g加えて、室温で1週間放置し、これを測定用試料とする。次に、片面に酸化インジウムスズ(ITO)をコートしたガラス板2枚を、コート面を内側にし、銅テープを貼り付けたスペーサーをガラス板間に挟んでガラス板の間隔を1mmとした平行平板(冶具)を用意する。測定用試料を手で振り混ぜ粒子の沈降がないことを目視により確認した後、冶具を浸漬し、冶具の左側に+100Vの電圧を印加して10秒間静置する。10秒経過後、測定用試料から冶具を引き上げ、それぞれのガラス板に付着している粒子の色を目視により確認する。なお、シアン粒子及び白色粒子それぞれにおいて、混色評価を実施する。
本発明においては、
(1)シアン粒子及び白色粒子、着色樹脂粒子がそれぞれ正極、負極に駆動しており、目視による混色が見られない場合・・・混色なし(合格(○))
(2)シアン粒子及び白色粒子どちらか一方ないし両方において、両極板に着色樹脂粒子若しくはシアン粒子又は白色粒子が駆動しており、目視による混色が見られる場合・・・混色あり(不合格(×))
と判定する。
(分散安定性(分散性)の評価)
シリコーンオイル中における着色樹脂粒子の分散安定性評価については、次の方法により行う。実施例、比較例に記載の着色樹脂粒子を量り取り、そこへ着色樹脂粒子固形分が10質量%となるようにシリコーンオイル(動粘度:10センチストークス、KF−96L−10CS、信越化学社製)を加えて着色樹脂粒子を分散させ、これを測定用試料とする。測定用試料50mLを50mLメスシリンダーに移し、静置48時間経過後の着色樹脂粒子の分散状態を観察し、下記2段階の評価基準を基に評価する。
本発明においては、
○:着色樹脂粒子の沈殿が若干見られるものの、無色透明な上澄み部分が40%未満
×:着色樹脂粒子が沈殿しており、無色透明な上澄み部分が40%以上
と判定する。
(平均粒子径及びCV値の測定方法)
着色樹脂粒子の平均粒子径の測定方法は、Coulter Electronics Limited発行のReference MANUAL FOR THE COULTER MULTISIZER(1987)に従って、粒子サイズに適した細孔径サイズを有するアパチャーを用いてキャリブレーションを行う方法とする。使用するアパチャーの細孔径サイズは、平均粒子径が1〜10μm未満の着色樹脂粒子に対しては50μmを、平均粒子径が10〜30μm未満の着色樹脂粒子に対しては100μmのものを用いる。
測定には、精密粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製: コールターマルチサイザーIII)が用いられる。具体的には、着色樹脂粒子0.1gを0.3%ノニオン系界面活性剤溶液10mL中にタッチミキサー及び超音波を用いて予備分散させ、これを本体備え付けのISOTONII(ベックマンコールター社製測定用電解液)を満たしたビーカー中に、緩く攪拌しながらスポイドで滴下して、本体画面の濃度計の示度を10%前後に合わせる。次にマルチサイザーIII本体にアパチャーをセットし、Current、Gain、Polarityをアパチャーサイズに合わせた所定の条件で測定を行う。測定中は気泡が入らない程度にビーカー内を緩く攪拌しておき、着色樹脂粒子を10万個測定した時点で測定を終了する。
体積加重の平均径(体積%モードの算術平均径:体積メジアン径)を着色樹脂粒子の平均粒子径(Y)として算出する。
変動係数(CV値)とは、標準偏差(σ)及び上記平均粒子径(Y)から以下の式により算出された値である。
CV値(%)=(σ/Y)×100
以下に実施例及び比較例について説明する。なお、特にことわりのない限り「部」は質量部、「%」は質量%を意味するものである。
<負帯電シアン粒子の製造>
攪拌機のついたフラスコにシリコーンオイル(KF−96L−1CS、信越化学社製)100質量部と、予め開始剤として2,2'−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)2質量部を溶解したジエチルアミノエチルメタクリレート7質量部、シリコーンマクロモノマー(サイラプレーンFM−0725、チッソ社製)95質量部及びα−メチルスチレンダイマー(ノフマーMSD、日本油脂社製)0.5質量部を添加し、窒素雰囲気下70℃にて撹拌を行いながら20時間溶液重合を行い、反応物(A)を得た。
続いて、攪拌機のついたフラスコにシリコーンオイル(KF−96L−1CS、信越化学社製)310質量部と、予め開始剤としてラウロイルパーオキサイド0.8質量部を溶解したトリフルオロエチルメタクリレート10.5質量部、アリルメタクリレート3.5質量部、シアン顔料(Cyanine Blue KRO(山陽色素社製))3.5質量部及び反応物(A)34質量部を添加し、超音波ホモジイナイザー(SONIFIER 450,BRANSON社製)に分散を行った。窒素雰囲気下、60℃にて超音波照射を行いながら7時間重合を行った。
重合終了後、樹脂粒子を遠心分離により沈降分離し、シリコーンオイル(KF−96L−1CS、信越化学社製)に再度分散させた。この操作を3回繰り返し、さらにシリコーンオイル(KF−96L−2CS、信越化学社製)に分散し固形分8質量%のシアン粒子が分散したシリコーンオイルを得た。
<負帯電白色粒子の製造>
非極性溶媒としてのジルコニアビーズ(直径5mm)500質量部を入れた300mLガラス製ビーズポットに酢酸エチル60質量部、PT−501R(石原産業社製、酸化チタン、一次粒子径:180nm)50質量部と顔料分散剤(日本ルブリゾール社製 商品名:ソルスパース28000)5.0質量部を添加し、室温にて24時間ビーズミルによる顔料分散を行った。得られた顔料分散液0.6質量部に、酢酸エチル3.5質量部、モディパーFS700(日油社製シリコーン−アクリル系ブロック共重合体)0.8質量部を酢酸エチル6質量部に溶解した溶液、及びデュラネートTPA−100(旭化成ケミカル社製、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート)0.12質量部をそれぞれ加え、顔料が分散した混合物を調製した。50mLの容量のガラス瓶にイソパラフィン(出光興産社製 商品名 IPソルベント2028)25質量部を入れ、超音波ホモジイナイザー(SONIFIER 450,BRANSON社製)を用いて攪拌しながら、前記混合物を滴下しながら添加した。添加後、得られた混合物を引き続いて10分間、乳化分散に付して乳化液を得た。
次に、得られた乳化液をナスフラスコに入れ、攪拌しながら90℃に加熱することにより酢酸エチルを除去した後、トリエチルアミン(Et3N)0.002質量部を加え、着色樹脂粒子を含む分散液を得た。得られた粒子分散液は、遠心分離機(Kubota社製9730)を用いてシリコーンオイル(KF−96L−2CS、信越化学社製)で2回洗浄を行い、さらにシリコーンオイル(KF−96L−2CS、信越化学社製)に分散し固形分8質量%の白色粒子が分散したシリコーンオイルを得た。
実施例1
アクリル酸イソステアリル(以下、ISTAとも称する)200質量部、顔料10質量部を直径5mmのジルコニアビーズの入ったビーズポッドに入れ6時間攪拌し、顔料を分散した。次に前記混合液の一部を計り取り、残りのISTA並びにエチレングリコールジメタクリレート(以下、EGDMAとも称する)を添加してISTA/EGDMA/DEAEMA/顔料=71.6/15.0/0.4/13.0(質量%)とした単量体組成物を調製した。
この単量体組成物100質量部に、ABNV0.8質量部を添加し溶解した。次に、予め調製された0.020質量%のラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウムと1.0質量%のピロリン酸マグネシウムを分散した水500質量部に投入し、ホモミキサー(特殊機化工社製)を用い5000rpmで5分間撹拌し、1次懸濁液とした。次いで、ナノマイザーLA−33型(ナノマイザー社製)にナノマイザープロセッサーLD−500(ナノマイザー社製)を接続して、一次圧力5kg/cm2で1次懸濁液を処理し、2次懸濁液を得た。
この懸濁液を窒素雰囲気下、全体を均一撹拌しながら昇温し、60℃で8時間重合を行った。次いで常温まで冷却し、塩酸を添加して懸濁安定剤としてのピロリン酸マグネシウムを溶解した。次いで、固液分離、水洗浄を繰り返し行った後、70℃の熱風乾燥機で24時間乾燥し、架橋(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子を得た。
得られた着色樹脂粒子は、真密度1.02(g/cm3)、平均粒子径11.8μm、CV値19.4%であった。分散安定性に優れ、粒子の沈殿がほとんどなく、また無色透明な上澄み部分が40%未満(○)であった。また、混色評価において、混色なし(○)であった。
(実施例2〜5及び比較例1〜6)
実施例2〜5及び比較例1〜6として、モノマー/架橋剤/電子供与基含有化合物/顔料/顔料分散剤の各配合組成を変更した他は、実施例1と同条件とし、得られた着色樹脂粒子の測定と評価を行った。これらの結果について、上述の実施例1とともに表1にまとめて示す。
実施例及び比較例の結果を、使用した原料及びそれらの使用量と共に表1に示す。なお、ABNV、V601及びOTAZO−15の、25℃での水に対する溶解度は、それぞれ0.06、0.27及び0.03質量%であった。
Figure 2013210526
表中、
(1)ISTAはアクリル酸イソステアリルを、
(2)MMAはメタクリル酸メチルを、
(3)IOCAはアクリル酸イソオクチル
(4)EGDMAはエチレングリコールジメタクリレートを、
(5)DEAEMAはジエチルアミノエチルメタクリレートを、
(6)4−VPyは4−ビニルピリジン(シグマアルドリッチ社製)を、
(7)顔料Rは商品名クロモファインレッド6605T(大日精化工業社製)を、
(8)顔料Yは商品名Fast Yellow 7416(山陽色素社製)を、
(9)ABNVは2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を、
(10)OTAZO−15は1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)を、
(11)V601はジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)を、そして
(12)DVBはジビニルベンゼンをそれぞれ意味する。
表1の結果より、本発明の着色樹脂粒子は非極性溶媒中での分散性及び異なる帯電極性を有する粒子との凝集抑制に優れることを示す。このため、本発明の着色樹脂粒子は電気泳動の用途に好適に使用することができる。

Claims (4)

  1. 炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料を含む単量体組成物を重合して得られ、0.9〜1.04g/cm3の真密度及び0.5〜3.5nC・g/m2の帯電密度を有することを特徴とする電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子。
  2. 前記電子供与基を有する化合物が、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル、スチレンのアミノアルキル誘導体、及びピリジル基を有する重合性単量体からなる群から選択される請求項1に記載の電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子。
  3. 請求項1又は2に記載の電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子の製造方法であって、
    炭素数8〜26のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体を少なくとも1種類以上含むビニル系単量体50〜98質量%、電子供与基を有する化合物0.01〜0.4質量%、及び顔料を含む単量体組成物に、重合開始剤として水に対する溶解度が0.25質量%未満のアゾ系重合開始剤のみが混合された混合物を重合させる工程を含む電気泳動用(メタ)アクリル酸エステル系着色樹脂粒子の製造方法。
  4. 前記アゾ系重合開始剤が、前記単量体組成物100質量部に対して0.05〜10質量部の割合で混合される請求項3に記載の方法。
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