JP6456819B2 - 電気泳動ディスプレイ用の粒子 - Google Patents

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Description

本発明は、着色ポリマー粒子、その調製方法、そのような粒子を含む電気泳動流体、そのような流体を含む電気泳動ディスプレイデバイス、ならびに光学、電気光学、電子、電気化学、電子写真、電気湿潤、および電気泳動ディスプレイおよび/またはデバイスにおける、保安、美容、装飾、または診断用途における、粒子の使用に関する。
EPD(電気泳動ディスプレイ)およびその電子ペーパーへの使用は、久しく知られている。EPDは、一般に、1つ以上の電極をそれぞれが含む2枚の基板の間に分散した荷電した電気泳動粒子を含む。電極間の空間は、粒子の色とは異なる色をした分散媒で満たされている。電極間に電圧がかかると、荷電粒子は、反対の極性の電極に移動する。粒子が観察者側の電極を覆うので、像が観察者側から観察されるとき、粒子の色と同一の色を表示できるようになる。画素の多彩性を使用して、いかなる像も観察することができる。主に、黒色および白色粒子が使用される。
EPDに適する非水性溶媒中での着色ポリマー粒子の調製は、WO2010/089057およびWO2012/019704に示されている。非水性分散安定剤(NADS)が使用される場合もあるが、この安定剤は、洗浄しても生成したポリマー粒子から洗い落とされることがないことを確実にする追加の「定着化」工程に頼るものである。この「定着化」工程は、たとえば、粒子の荷電に対する制御の妨げとなるとき、必ずしも望ましいとは限らない。報告されている多くの安定剤は、EPDには大きすぎる、またはいくつもの工程を要する粒子を調製するものであり、また市販品として入手可能でなく、または非水性溶媒中での分散重合に適さない。ポリマー粒子の特殊な合成におけるポリジメチルシロキサン安定剤の使用は、技術水準において記載されている(Kimら、Materials Science and Engineering、C27(2007)、1247〜1251;Kleinら、Colloid Polym Sci(2003)282:7〜13;JP2009256635、JP2008274248、JP2008274249)。
しかし、非極性媒質中で容易に調製し、分散させることのできる、改良された電気泳動流体および着色ポリマー粒子が、引き続き求められている。
本発明は、少なくとも1種の重合性染料のモノマー単位、少なくとも1種のコモノマーのモノマー単位、少なくとも1種の重合性立体安定剤のモノマー単位、および任意に少なくとも1種の荷電コモノマーのモノマー単位、および任意に少なくとも1種の架橋コモノマーのモノマー単位を含む着色ポリマー粒子、その調製方法、電気泳動流体中での着色ポリマー粒子の使用、ならびにそうした流体を含む電気泳動ディスプレイデバイスに関する。
本発明により、EPD用の、好ましくは架橋した、新たな着色ポリマー粒子が合成できるようになり、EPDにおける使用に適する非極性溶媒中での単分散ポリマー粒子の生成が可能になる。溶媒の移動または乾燥は必要ない。立体安定剤は、着色ポリマー粒子に容易に組み込まれ、特殊な化学基および/または反応は必要とならない。安定剤は、ただ別のモノマーの存在だけを必要とし、重合して粒子中に入り、溶媒洗浄によっても、時間が経過しても除去されることがない。粒子は、ポリマー粒子の重量に対して少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも20重量%の立体安定剤を含んでよい。染料も、生成するポリマー粒子ならびに安定剤に不可逆的に巻き込まれるため、長期間を経ても染料が粒子から浸出することはできない。有利なことに、本発明の着色ポリマー粒子は、EPDにおけるその使用が報告されている無機顔料粒子よりもはるかに密度が低い。EPDにおいて、こうした粒子は、無機顔料粒子よりはるかにゆっくりと沈降して、より良好な双安定が可能になるはずである。加えて、粒子は、特に染料を介して2個以上の重合性基および/または追加の架橋コモノマーと架橋しているとき、非極性EPD溶媒中で膨張しない。さらに、本発明の着色ポリマー粒子、好ましくは、シアン、マゼンタ、およびイエローの粒子は、電気泳動セルにおいてスイッチングされるときの移動性が良好である。
本発明の着色ポリマー粒子は、好ましくは、分散重合を使用して調製する。これは、単分散着色粒子の好都合な単工程調製方法である。この方法は、モノマー用には好適な溶媒であり、合成されたポリマー粒子用には非溶媒である流体中で実施する。この溶媒は、EPD用のものと同じ溶媒、たとえば、ドデカンとして使用してもよい。好ましい溶媒は、非極性炭化水素溶媒、特に、EPD流体中に使用されるようなもの、すなわち、Isoparシリーズ(Exxon−Mobil)、Norpar、Shell−Sol(Shell)、Sol−Trol(Shell)、ナフサ、および他の石油系溶媒、ならびに長鎖アルカン、たとえば、ドデカン、テトラデカン、デカン、およびノナンである。特に好ましいのは、ドデカンである。非極性溶媒中の粒子の濃度は、所望であれば、遠心分離、すなわち、粒子の強制的な沈降および過剰な溶媒の排出によって増大させることができ、または撹拌セル濾過系を使用することができる。分散液は、所望であれば、非極性溶媒で洗浄してもよい。必要なら、濾過によって、好ましくは、懸濁液を孔径フィルター、すなわち、0.1μm孔径フィルターを介して注ぐことにより、着色ポリマー粒子を反応懸濁液から単純に分離し、または遠心分離によって粒子を清浄化してもよい。
重合条件の選択は、要求される粒子の大きさおよび粒度分布に応じて決まる。重合条件の調整は、当業者によく知られている。
好ましくは、重合工程の始めにすべての反応物を全部加えるバッチ重合法を使用する。このような方法では、所与の配合物について、比較的少ない可変要素を調整するだけで済む。このようなケースにおいて行うことのできる好ましい変更は、反応温度、反応器の設計、ならびに撹拌のタイプおよびスピードに対するものである。したがって、変動性が限られ、反応配合物の評価が簡単であるので、半連続バッチ法よりもバッチ重合法を製造に使用する。
本発明による方法の別の利点は、界面活性剤不使用であることである。保護コロイド(可溶性ポリマー)および界面活性剤は、粒子内安定性および粒径制御に影響を与えるために、通常は、不均一系重合における鍵となる配合可変要素であるが、電気泳動応答に不利益な影響を及ぼすこともある。
好ましくは、本発明による重合は、ラジカル重合である。
通常、本発明による着色ポリマー粒子を調製するためのモノマー組成物は、非水性溶媒中に、少なくとも1種の重合性染料、少なくとも1種のコモノマー、少なくとも1種の重合性立体安定剤、少なくとも1種の開始剤、任意に少なくとも1種の荷電コモノマー、および任意に少なくとも1種の架橋コモノマーを含む。
本発明の必須構成要素は、重合性立体安定剤である。本発明の典型的な重合性立体安定剤は、ポリ(ジメチルシロキサン)マクロモノマー(PDMS)である。ポリ(ジメチルシロキサン)は、1個または2個の重合性基、好ましくは1個の重合性基を含んでもよい。以下の安定剤タイプを使用できるはずであり、Gelest Inc.から市販品として入手可能である。
メタクリロイルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン(mw380、900、4500、10000、25000) メタクリロイルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン(mw600)、メタクリロイルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン(1500、1700)、(3−アクリルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシプロピル)末端PDMS(mw600)、アクリルオキシ末端エチレンオキシド−ジメチルシロキサン−エチレンオキシドABAブロックコポリマー(mw1500、1700)、メタクリロイルオキシプロピル末端分枝ポリジメチルシロキサン(683)、(メタクリルオキシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(粘度8000、1000、2000)、(アクリルオキシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(粘度80、50)、(3−アクリルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(mw7500)、モノ(2,3−エポキシ)プロピルエーテル末端ポリジメチルシロキサン(mw1000、5000)、モノメタクリルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン−非対称(mw600、800、5000、10000)、モノメタクリルオキシプロピル官能性ポリジメチルシロキサン−対称(mw800)、モノメタクリルオキシプロピル末端ポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン−対称(mw800) モノビニル末端ポリジメチルシロキサン(mw5500、55000、モノビニル官能性ポリジメチルシロキサン−対称(mw1200)。
好ましい重合性基は、メタクリレート、アクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン、およびビニル基、好ましくは、メタクリレート基およびアクリレート基である。最も好ましいのは、ポリ(ジメチルシロキサン)メタクリレート(PDMS−MA)、特に、式1および式2[式中、n=5〜1000である]に示すとおりの、メタクリロイルオキシプロピル末端PDMS−MAである。最も好ましいのは、1個のメタクリレート基を有するポリ(ジメチルシロキサン)である。
本発明の重合性立体安定剤は、好ましくは、分子量が1000〜50000、好ましくは3500〜35000、最も好ましくは5000〜25000の範囲にある。最も好ましいのは、分子量が10,000以上である、メタクリレート末端ポリジメチルシロキサンである。
本発明の別の必須構成要素は、少なくとも2個の重合性基を含む重合性染料である。一般に、重合性染料は、溶剤可溶性または水溶性のものでよく、アニオン性、カチオン性、双性イオン性、または中性でよい。
カチオン性重合性染料は、正の電荷を有する、共有結合している基(複数可)を適用例中に含んでいるか、または発色団基中に正電荷を含んでいる。カチオン性重合性染料は、窒素、リン、酸素もしくは硫黄原子、またはこれらを含んでいる基、たとえば、ヘテロ芳香族(チアゾール、イミダゾール)非局在化窒素塩基(グアニジンなど)をプロトン化または四級化して得ることができる。会合するアニオンは、好ましくは単一電荷を有し、好ましくは、ハロゲン、好ましくはF-、Cl-、Br-、一塩基酸(オキソ)アニオン、好ましくは、酢酸、プロピオン酸、乳酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、水酸化物、および硝酸イオンとすることができる。
好ましい例の水溶性カチオン性重合性染料は、対イオンとしてMeOSO3 -を含む。同様に好ましく適しているのは、Cl-、Br-、および酢酸イオンである。
アニオン性重合性染料は、負の電荷を有する、共有結合している基(複数可)を適用例中に含んでおり、酸性基、たとえば、スルホン酸、カルボン酸、ホスホン酸を脱プロトン化して得ることができる。会合するカチオンは、好ましくは単一電荷を有し、金属性(Li+、Na+、K+など)、荷電窒素(NH4 +、NEt3+、NEt4 +、NMe4 +、イミダゾリウムカチオンなど)、正に荷電したリン、硫黄などとすることができる。好ましい例の水溶性アニオン性染料は、酸のNa+、NH4 +、NEt4 +塩である。
重合性染料の機能は、粒子を着色することである。重合性染料は、発色団と、少なくとも2個の重合性基と、任意選択のリンカー基(スペーサー)と、物理的性質(溶解度、耐光堅牢度など)を改変するための任意選択の基と、任意に荷電基(複数可)とからなる。
重合性染料は、好ましくは、発色団基と、たとえば、メタクリレート、アクリレート、メタクリルアミド、アクリルアミド、アクリロニトリル、α−置換アクリレート、スチレンおよびビニルエーテル、ビニルエステル、プロペニルエーテル、オキセタンおよびエポキシなど、特にメタクリレートおよびアクリレートから選択される2個の重合性基とを含む。
重合性染料は、たとえば、ブライトイエロー、マゼンタ、またはシアンの色と、セルフシェードブラックを有する単一の発色団を含んだものでよい。しかし、重合性染料は、たとえば、共有結合しているブラウンと青、またはイエローとマゼンタとシアンによって黒色を得るために、混合された、共有結合している発色団を含んだものでもよい。緑は、イエローとシアンなどによって得ることができる。拡大された共役発色団を使用して、いくつかの色調を得ることもできる。たとえば、ビスおよびトリスアゾ化合物を使用して、黒および他のよりくすんだ色調(ネイビーブルー、ブラウン、オリーブグリーンなど)を得ることができる。
重合性染料の混合物を使用して、正確な粒子色調を得る、たとえば、ブラウンおよび青、またはイエロー、マゼンタ、およびシアンの予備重合染料からなる単一成分混合物から黒を得ることもできる。同様に、たとえば、別の重合性染料を少量ずつ加えることにより色調を調整して、粒子の色を修正することもできる(たとえば、より緑がかったイエローの色調を得るには、95%のイエローと5%のシアン)。
カラーインデックス(英国染料染色学会(The Society of Dyers and Colourists)、米国繊維化学技術・染色技術協会(the American Association of Textile Chemists and Colorists)共同発行、たとえば第3版、1982)によって指定されている、反応性(アニオン性)、直接(アニオン性)、酸性(アニオン性)、および塩基性(カチオン性)染料の適用群の(反応性基(複数可)を有する)改変重合性染料が好ましい。
重合性基は、発色団基に直接結合していてもよく、またはリンカー基Lを介して結合していてもよい。
発色団基は、好ましくは、アゾ(モノアゾ、ビスアゾ、トリアゾ、連結したアゾなどを含める)、金属化アゾ、アントラキノン、ピロリン、フタロシアニン、ポリメチン、アリール−カルボニウム、トリフェンジオキサジン、ジアリールメタン、トリアリールメタン、アントラキノン、フタロシアニン、メチン、ポリメチン、インドアニリン、インドフェノール、スチルベン、スクアリリウム、アミノケトン、キサンテン、フルオロン、アクリデン、キノレン、チアゾール、アジン、インズリン、ニグロシン、オキサジン、チアジン、インジゴイド、キノニオイド、キナクリドン、ラクトン、ベンゾジフラノン、フラボノール、カロン、ポリエン、クロマン、ニトロ、ナフトラクタム、ホルマゼン、もしくはインドレン基、または2種以上のこのような基の組合せを含めて、共役芳香族(ヘテロ芳香族を含める)結合および/または多重結合のものを含む。
好ましい重合性染料は、アゾ染料、金属化染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、ベンゾジフラノン染料、ブリリアントブルー誘導体、ピロリン染料、スクアリリウム染料、トリフェンジオキサジン染料、またはこれら染料の混合物、特に、アゾ染料、金属化染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、ベンゾジフラノン染料、ピロリン染料、スクアリリウム染料、またはこれら染料の混合物である。
好ましくは、2個以上の重合性基を有する染料を使用する。原則として、好ましくは2個以上の重合性基(最も好ましくは2個の重合性基)を有し、好ましくはメタクリレートまたはアクリレート官能基を有する、どんな重合性染料を使用してもよい。WO2010/089057およびWO2012/019704で開示されている重合性染料を使用することが有利である。好ましくは、式(I’)〜(VI’)の染料を使用する
[式中、Rは、Hであり、R1およびR2は、互いに独立に、アルキル、好ましくはC1〜C6アルキル、−OR’、−SR’、−C(O)R’、−C(O)OR’、−NHCOR’、−NO2、−CNであり、R’は、Hまたはアルキル、好ましくはC1〜C6アルキル、特にC1〜C3アルキルに相当し、L1およびL2は、互いに独立に、単結合、C1〜C6アルキル、ポリエーテルアルキル鎖、またはこれらの組合せ、好ましくはC2〜C4アルキル、特にC2およびC4アルキルであり、特に、同一の基L1およびL2が好ましく、Y1およびY2は、アクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチルであり、特に同一の基Y1およびY2が好ましい]。
特に好ましいのは、RがHであり、R1およびR2が、互いに独立に、−CH3、−NO2、−OH、−CN、−COCH3、−CO2CH2CH3、−NHCOR’であり、L1およびL2が、好ましくは同一のC2〜C4アルキルであり、Y1およびY2が、好ましくは同一のアクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチルであり、R2は、好ましくは-CH3、-OH、または-NHCOR’である、式(I’)〜(VI’)の重合性染料である。式(VII)の重合性染料も好ましく使用される
[式中、
1、X2、およびX3は、互いに独立に、Hまたは電子吸引性基であり、
1は、HまたはOR’であり、R’=直鎖状、分枝、または環状アルキル基であり、
2は、直鎖状、分枝、または環状アルキル基であり、
3およびR4は、互いに独立に、構造L3−Y3、L4−Y4の基であり、
3およびL4は、リンカー基であり、互いに独立に、1個以上の隣接していない炭素原子がO、S、および/またはN、好ましくはOで置きかえられていてもよい、直鎖状または分枝の置換または無置換アルキレン基であり、
3およびY4は、互いに独立に、重合性基であり、
3およびR4の少なくとも一方は、重合性基を含み、X1、X2、およびX3の少なくとも1つは、電子吸引性基である]。
用語「電子吸引性基」は、当業界でよく知られており、置換基が隣接する原子から価電子を引き寄せる傾向を指し、言い換えれば、その置換基は、隣接する原子に関して電気的に陰性である。電子吸引性基の例としては、NO2、CN、ハロゲン、アシル、トリフルオロメトキシ、トリフルオロメチル、SO2F、CO2R、SO2R、SO2NRR、またはSO2NHRが挙げられ、Rは、独立に、直鎖状または分枝アルキル、好ましくはC1〜C4アルキルである。好ましくは、X1、X2、およびX3の少なくとも1つは、NO2、CN、Br、Cl、SO2NRR、またはSO2NHRである。特に好ましいのは、X2、およびX1とX3の一方が、NO2、CN、Br、Cl、SO2NRR、またはSO2NHRであり、好ましくはR=メチルである、重合性染料である。X2がNO2、CN、Br、Cl、SO2NRR、またはSO2NHRであり、好ましくはR=メチルであり、X1およびX3がHである、重合性染料も好ましい。
重合性基Y3およびY4は、たとえば、メタクリレート、アクリレート、メタクリルアミド、アクリルアミド、オキセタン、ビニル、ビニルオキシ、エポキシ、アリル、プロペニルエーテル、スチリル基、特に、メタクリレート、アクリレート、メタクリルアミド、およびアクリルアミドから選択されるものでよい。好ましくは、基Y3およびY4は、メタクリレートおよびアクリレートから選択される。
1およびR2は、好ましくはC1〜C20アルキル基、特に、1〜10個の炭素原子を有するアルキル基である。C2〜C8アルキル基が、より一層好ましい。
3およびR4は、互いに独立に、構造L3−Y3またはL4−Y4の基であり、好ましくは、L3およびL4は、互いに独立に、直鎖状または分枝C1〜C20アルキレン基、特に、1〜10個の炭素原子を有するアルキレン基である。直鎖状C2〜C6アルキレン基が、より一層好ましい。特に、Y3およびY4がメタクリレートまたはアクリレートである基が好ましい。特に、同一の基Y3およびY4が好ましい。
好ましい重合性染料は、特に、すべての可変要素が好ましい意味を有する染料である。
以下は、好ましく使用することのできる染料の例である。
最も好ましいのは、染料1、染料2、染料3、および染料4の染料である。
当業界で知られているとおりの好都合な条件下での7工程手順による式(VII)の重合性染料の調製を、以下のスキームにおいて、(E)−4,4’−(4−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−2−メトキシ−5−(3,5,5−トリメチルヘキサンアミド)フェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ジアクリレート(染料3)について例示する。
本発明の着色ポリマー粒子は、多種類のポリマータイプから調製することができる。ポリマー組成物の主な要件は、ドデカンに可溶性であるモノマーから調製する必要があっても、ポリマーは、ドデカンに不溶性であることである。粒子は、ほとんどのモノマータイプ、特に、メタクリレート、アクリレート、メタクリルアミド、アクリロニトリル、α−置換アクリレート、スチレンおよびビニルエーテル、ビニルエステル、プロペニルエーテル、オキセタンおよびエポキシから調製することができるが、通常は、最も高いパーセンテージでモノマー、安定剤、架橋染料から調製されることになる。以下は、使用できるであろうすべての例であり、化学製品会社Sigma−Aldrichから市販品として入手可能である。モノマーの混合物を使用してもよい。
メタクリレート:
メタクリル酸メチル(MMA)、メタクリル酸エチル(EMA)、メタクリル酸n−ブチル(BMA)、2−アミノエチルメタクリレート塩酸塩、アリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、2−ブトキシエチルメタクリレート、2−(tert−ブチルアミノ)エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、カプロラクトン2−(メタクリロイルオキシ)エチルエステル、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチルメタクリレート、ジ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、エチレングリコールジシクロペンテニルエーテルメタクリレート、エチレングリコールメチルエーテルメタクリレート、エチレングリコールフェニルエーテルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、グリコシルオキシエチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルおよびヒドロキシイソプロピルメタクリレートのヒドロキシプロピルメタクリレート混合物、2−ヒドロキシプロピル2−(メタクリロイルオキシ)エチルフタレート、イソボルニルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、塩化メタクリロイル、メタクリル酸、2−(メチルチオ)エチルメタクリレート、モノ−2−(メタクリロイルオキシ)エチルマレエート、モノ−2−(メタクリロイルオキシ)エチルスクシネート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、フェニルメタクリレート、リン酸2−ヒドロキシエチルメタクリレートエステル、ステアリルメタクリレート、3−スルホプロピルメタクリレートカリウム塩、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3−(トリクロロシリル)プロピルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、トリメチルシリルメタクリレート、ビニルメタクリレート。好ましくは、メタクリル酸メチル(MMA)、メタクリル酸、メタクリル酸エチル(EMA)、および/またはメタクリル酸n−ブチル(BMA)を使用する。
アクリレート:
アクリル酸、4−アクリロイルモルホリン、[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド、2−(4−ベンゾイル−3−ヒドロキシフェノキシ)エチルアクリレート、ベンジル2−プロピルアクリレート、2−ブトキシエチルアクリレート、ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、2−[(ブチルアミノ)カルボニル]オキシ]エチルアクリレート、tert−ブチル2−ブロモアクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシルアクリレート、2−カルボキシエチルアクリレート、2−カルボキシエチルアクリレートオリゴマー無水物、2−(ジエチルアミノ)エチルアクリレート、i(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート工業グレード、ジ(エチレングリコール)2−エチルヘキシルエーテルアクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタ−/ヘキサ−アクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、アクリル酸エチル、2−エチルアクリロイルクロリド、エチル2−(ブロモメチル)アクリレート、エチルcis−(β−シアノ)アクリレート、エチレングリコールジシクロペンテニルエーテルアクリレート、エチレングリコールメチルエーテルアクリレート、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、エチル2−エチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、エチル2−プロピルアクリレート、エチル2−(トリメチルシリルメチル)アクリレート、ヘキシルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチル2−アセトアミドアクリレート、アクリル酸メチル、メチルα−ブロモアクリレート、メチル2−(ブロモメチル)アクリレート、メチル3−ヒドロキシ−2−メチレンブチレート、オクタデシルアクリレート、ペンタブロモベンジルアクリレート、ペンタブロモフェニルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート、ポリ(プロピレングリコール)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール)メチルエーテルアクリレート大豆油、エポキシ化アクリレート、3−スルホプロピルアクリレートカリウム塩、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシルアクリレート。好ましくは、アクリル酸メチル、アクリル酸、アクリル酸エチル(EMA)、および/またはアクリル酸n−ブチル(BMA)を使用する。
アクリルアミド:
2−アクリルアミドグリコール酸、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液、(3−アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド溶液、3−アクリロイルアミノ−1−プロパノール溶液プラム(purum)、N−(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]メタクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−(ヒドロキシメチル)アクリルアミド、N−(イソブトキシメチル)アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、メタクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、N−[トリス(ヒドロキシメチル)メチル]アクリルアミド、
スチレン
スチレン、ジビニルベンゼン、4−アセトキシスチレン、4−ベンジルオキシ−3−メトキシスチレン、2−ブロモスチレン、3−ブロモスチレン、4−ブロモスチレン、α−ブロモスチレン、4−tert−ブトキシスチレン、4−tert−ブチルスチレン、4−クロロ−α−メチルスチレン、2−クロロスチレン、3−クロロスチレン、4−クロロスチレン、2,6−ジクロロスチレン、2,6−ジフルオロスチレン、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、3,4−ジメトキシスチレン、α,2−ジメチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン,N,N−ジメチルビニルベンジルアミン、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、4−エトキシスチレン、2−フルオロスチレン、3−フルオロスチレン、4−フルオロスチレン、2−イソプロペニルアニリン、3−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、メチルスチレン、α−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、3−ニトロスチレン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、2−(トリフルオロメチル)スチレン、3−(トリフルオロメチル)スチレン、4−(トリフルオロメチル)スチレン、2,4,6−トリメチルスチレン。好ましくは、スチレンおよび/またはジビニルベンゼンを使用する。
ビニル群
3−ビニルアニリン、4−ビニルアニリン、4−ビニルアニソール、9−ビニルアントラセン、3−ビニル安息香酸、4−ビニル安息香酸、塩化ビニルベンジル、塩化4−ビニルベンジル、(ビニルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド、4−ビニルビフェニル、2−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、4−tert−ブチル安息香酸ビニル、クロロギ酸ビニル、クロロギ酸ビニル、桂皮酸ビニル、デカン酸ビニル、ネオデカン酸ビニル、ネオノナン酸ビニル、ピバル酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、トリフルオロ酢酸ビニル。
使用してよい他のモノマーは、粒子の安定化を助ける基を有するもの、たとえば、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)フェニルエーテルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート、ポリ(プロピレングリコール)メチルエーテルアクリレート、ラウリルアクリレート、および上記のフッ素化モノマーである。
モノマーのいくつか、たとえば、グリシジルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレートは、そのように所望されるなら、さらなる反応のための基を有する。
以下の化合物は、溶解性制御および耐溶媒膨潤性のために粒子内架橋モノマーとして使用することができる。エチレングリコールジメタクリレート(EGDMA)、アリルメタクリレート(ALMA)、ジビニルベンゼン、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]アジパート、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]1,6−ヘキサンジイルビスカルバマート、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]イソフタレート、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル](メチレンジ−4,1−フェニレン)ビスカルバマート、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]スクシネート、ビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]テレフタレート、ビス[4−(ビニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル]グルタレート、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、tert−ブチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールビニルエーテル、ジ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、ジ(エチレングリコール)ビニルエーテル、エチレングリコールブチルビニルエーテル、エチレングリコールビニルエーテル、トリス[4−(ビニルオキシ)ブチル]トリメリタート、3−(アクリロイルオキシ)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ビス[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]ホスフェート、ビスフェノールAプロポキシレートジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、N,N’−(1,2−ジヒドロキシエチレン)ビスアクリルアミド、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ジウレタンジメタクリレート、N,N’−エチレンビス(アクリルアミド)、グリセリン1,3−ジグリセロレート、グリセリンジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジイルビス[オキシ(2−ヒドロキシ−3,1−プロパンジイル)]ビスアクリレート、ヒドロキシピバリルヒドロキシピバレートビス[6−(アクリロイルオキシ)ヘキサノエート]、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールジアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ポリ(プロピレングリコール)ジアクリレート、ポリ(プロピレングリコール)ジメタクリレート、1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン、トリシクロ[5.2.1.0]デカンジメタノールジアクリレート、トリメチロールプロパンベンゾエートジアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートメチルエーテルジアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレート、トリ(プロピレングリコール)ジアクリレート。
任意に、モノマー組成物は、少なくとも1種の荷電コモノマーを含む。
粒子安定性および粒径制御のためのカチオン性モノマーの例は、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(MOTAC)、アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(AOTAC)、[3−(メタクリロイルアミノ)プロピル]トリメチルアンモニウムクロリド、[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムメチルスルフェート溶液、テトラアリルアンモニウムクロリド、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、(ビニルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリドである。好ましくは、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(MOTAC)およびアクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(AOTAC)を使用する。
アニオン性モノマーの例は、メタクリル酸のナトリウム、カリウム、またはトリエチルアミン塩、アクリル酸、2−(トリフルオロメチル)アクリル酸、3−(2−フリル)アクリル酸、3−(2−チエニル)アクリル酸、3−(フェニルチオ)アクリル酸、ポリ(アクリル酸)カリウム塩、ポリ(アクリル酸)ナトリウム塩、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸、ナトリウム塩)溶液、trans−3−(4−メトキシベンゾイル)アクリル酸、2−メトキシケイ皮酸、3−インドールアクリル酸、3−メトキシケイ皮酸、4−イミダゾールアクリル酸、4−メトキシケイ皮酸、ポリ(スチレン)−block−ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリロニトリル−co−ブタジエン−co−アクリル酸)、ジカルボキシ末端ポリ(アクリロニトリル−co−ブタジエン−co−アクリル酸)、ジカルボキシ末端グリシジルメタクリレートジエステル、2,3−ジフェニル−アクリル酸、2−Me−アクリル酸、3−(1−ナフチル)アクリル酸、3−(2,3,5,6−テトラメチルベンゾイル)アクリル酸、3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸、3−(4−ピリジル)アクリル酸、3−p−トリル−アクリル酸、5−ノルボルネン−2−アクリル酸、トランス−3−(2,5−ジメチルベンゾイル)アクリル酸、トランス−3−(4−エトキシベンゾイル)アクリル酸、トランス−3−(4−メトキシベンゾイル)アクリル酸、2,2’−(1,3−フェニレン)ビス(3−(2−アミノフェニル)アクリル酸)、2,2’−(1,3−フェニレン)ビス(3−(2−アミノフェニル)アクリル酸)塩酸塩、2,2’−(1,3−フェニレン)ビス(3−(2−ニトロフェニル)アクリル酸)、2−[2−(2’,4’−ジフルオロ[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−2−オキソエチル]アクリル酸、2−(2−(2−クロロアニリノ)−2−オキソエチル)−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸、2−(2−((2−ヒドロキシエチル)アミノ)−2−オキソエチル)−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸、2−(2−(シクロヘキシルアミノ)−2−オキソエチル)−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸である。
特に好ましいコモノマーは、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸、アクリル酸、エタン−1,2ジアクリレート、ブタン−1,4ジアクリレート、ヘキサン−1,6−ジアクリレートである。さらに、前述のコモノマーの混合物を使用してもよい。好ましいコモノマー混合物は、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸、アクリル酸、エタン−1,2ジアクリレート、ブタン−1,4ジアクリレート、ヘキサン−1,6−ジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(MOTAC)、および/またはアクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド(AOTAC)を含む。
本発明の重合性組成物は、上で言及した、重合性立体安定剤、重合性染料、コモノマー、および任意に架橋コモノマーの好ましい化合物の組合せを含むことが有利である。最も好ましいのは、分子量が10,000以上である、メタクリレート末端ポリジメチルシロキサンと、表1の重合性染料と、メタクリル酸メチルの組合せである。
ポリマーの荷電は、帯電して、ポリマー上に末端基として存在してその電荷を残す、開始剤によって促進することもできる。このような例は、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(V−50)(Wako Chemicals)、ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(SPS)、2,2’−アゾビスシアノ吉草酸(ACVA)(Wako Chemicals)、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩(VA044)(Wako Chemicals)である。荷電は、開始剤断片からもたらされなくてもよいので、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)(Wako Chemicals)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(Vazo67)(Wako Chemicals)、過酸化ベンゾイルなどの開始剤も、使用することのできる開始剤である。
任意に、本発明の重合性組成物は、連鎖移動剤、たとえば、触媒連鎖移動試薬、アルキルおよびアリールチオール、アルコールおよびカルボン酸、ハロゲン化有機物質および選択された無機塩を含む。適切な連鎖移動剤の例は、2−プロパノール、アジピン酸、チオグリコール酸、2−メルカプトエタノール、次亜塩素酸ナトリウム、四塩化炭素、および重金属ポリフィリン、特にコバルトポリフィリン、好ましくはオクタンチオールである。
本発明の重合性組成物は、通常、0.1〜15重量%、好ましくは2.5〜13重量%の少なくとも1種の重合性染料、0.1〜50重量%、好ましくは20〜40重量%の少なくとも1種の重合性立体安定剤、50〜95重量%、好ましくは60〜90重量%のコモノマー、任意に、1〜40重量%、好ましくは1〜10%の架橋コモノマー、任意に、1〜30重量%、好ましくは1〜10重量%の荷電コモノマー、任意に、0〜3重量%の連鎖移動剤、および0.1〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%の開始剤を含み、すべてのパーセンテージは、重合性組成物(溶媒を除く)の全重量に対するものである。
本発明の重合性組成物は、非極性炭化水素溶媒、特にドデカン中に、上で言及した好ましい重合性立体安定剤の少なくとも1種を20〜40重量%、上で言及した好ましい重合性染料の少なくとも1種を2.5〜13重量%、上で言及した好ましいコモノマーの少なくとも1種を60〜90重量%、開始剤を0.1〜5重量%、任意に架橋コモノマーを1〜10重量%、任意に荷電コモノマーを1〜10重量%、任意に連鎖移動剤を0〜3重量%含むことが有利であり、最も好ましくは、分子量が10,000以上である、メタクリレート末端ポリジメチルシロキサン、表1の重合性染料、およびメタクリル酸メチルを使用する。
本発明に従って調製したポリマー粒子は、好ましくは、大きさ(直径)が50〜1200nm、好ましくは400〜1000nm、特に400〜700nmの範囲にあり、好ましくは単分散粒度分布を有する球形粒子である。所望であれば、より小さいまたはより大きい粒子を、遠心分離によってさらに分離してもよい。粒径は、Malvern NanoZS粒子分析装置などの一般的な装置による、炭化水素粒子分散液の光子相関分光法によって、または好ましくはSEM(走査型電子顕微鏡)および画像解析によって求める。
本発明の粒子は、主として、電気泳動ディスプレイ、特に、単色、二色、または多色電気泳動デバイスにおける使用のために設計される。典型的な電気泳動ディスプレイは、好ましくは、安定性や電荷などの電気泳動特性を向上させるための添加剤と共に、低極性または非極性溶媒中に分散した粒子からなる。そのような分散液の例は、文献、たとえば、US7,247,379、WO99/10767、US2007/0128352、US7,236,290、US7,170,670、US7,038,655、US7,277,218、US7,226,550、US7,110,162、US6,956,690、US7,052,766、US6,194,488、US5,783,614、US5,403,518、US5,380,362に十分に記載されている。
(立体安定化、または荷電剤としての使用の何れかによって)流体の安定性を向上させるための典型的な添加剤は、当業者に知られており、(限定はしないが)Brij、Span、およびTweenシリーズの界面活性剤(Aldrich)、Solsperse、Ircosperse、およびColorburstシリーズ(Lubrizol)、OLOA荷電剤(Chevron Chemicals)、ならびにAerosol−OT(Aldrich)が挙げられる。この課題における好ましい界面活性添加剤は、SolsperseシリーズおよびA−OT、一層好ましくはSolsperse 17,000、13650、11000、Solplus K500、A−OT、およびSpan 85である。本方法で使用する典型的な界面活性剤は、カチオン性、アニオン性、双性イオン性、または非イオン性であり、通常は頭部基と呼ばれる親水性部分が、通常は尾部と呼ばれる疎水性部分で一、二、または多置換されている。本方法における界面活性剤の親水性頭部基は、限定はしないが、スルホン酸、硫酸、カルボン酸、リン酸、アンモニウム、第四級アンモニウム、ベタイン、スルホベタイン、イミド、無水物、ポリオキシエチレン(たとえば、PEO/PEG/PPG)、ポリオール(たとえば、スクロース、ソルビタン、グリセロールなど)、ポリペプチド、およびポリグリシジルの誘導体から構成されたものでよい。本方法における界面活性剤の疎水性尾部は、限定はしないが、直鎖および分枝鎖アルキル、オレフィンおよびポリオレフィン、ロジン誘導体、PPO、ヒドロキシルおよびポリヒドロキシステアリン酸型の鎖、ペルフルオロアルキル、アリールおよび混合アルキル−アリール、シリコーン、リグニン誘導体、ならびに上述のものの部分不飽和版から構成されたものでよい。本方法のための界面活性剤は、カタニオニック、ボラフォーム、ゲミニ、ポリマー、および重合性型の界面活性剤でもよい。
配合媒質に可溶性であるという条件で、電気泳動特性を向上させるための他の任意の添加剤、特に、沈降作用を最小限に抑えるように設計された増粘剤またはポリマー添加剤を混ぜることもできる。
分散溶媒は、主として、誘電率、屈折率、密度、および粘度を基準として選択することができる。好ましい溶媒が選択されれば、低い誘電率(<10、より好ましくは<5)、高い体積抵抗率(約1015Ω−cm)、低い粘度(5cst未満)、低い水溶解度、高い沸点(>80℃)、ならびに粒子と近似した屈折率および密度が示される。こうした可変要素を微調整することは、最終適用例の挙動を変更するのに有用となり得る。たとえば、ポスターディスプレイや陳列棚ラベルなどのスイッチングの遅い適用例では、遅いスイッチング速度を犠牲にして、像の持続時間を向上させるために粘度が増大していることが有利となり得る。しかし、速いスイッチングが求められる適用例、たとえば、電子書籍およびディスプレイでは、より低い粘度により、像が安定したままである持続時間を犠牲にして、より速いスイッチング(したがって、ディスプレイがより頻繁なアドレス指定を要求するので電力消費の増加)を可能にする。好ましい溶媒は、多くの場合、非極性炭化水素溶媒、たとえば、Isoparシリーズ(Exxon−Mobil)、Norpar、Shell−Sol(Shell)、Sol−Trol(Shell)、ナフサ、および他の石油系溶媒、ならびに長鎖アルカン、たとえば、ドデカン、テトラデカン、デカン、およびノナンである。これら溶媒は、低誘電性、低粘度、かつ低密度の溶媒となる傾向がある。密度の一致した粒子/溶媒混合物は、はるかに改善された沈降/沈降分離特性をもたらし、したがって望ましい。このために、ハロゲン化溶媒を加えて密度の一致を可能にすることが、多くの場合有用となり得る。そのような溶媒の典型的な例は、ハロゲン化炭素油系(ハロゲン化炭素製品)、またはテトラクロロエチレン、四塩化炭素、1,2,4−トリクロロベンゼン、および同様の溶媒である。これら溶媒のマイナス面は、毒性および環境への優しさであり、そのため場合によっては、このような溶媒を使用するより、沈降に対する安定性を高める添加剤を加えることも有益となり得る。
本発明の粒子の配合物中に使用する好ましい添加剤および溶媒は、OLOA11000(Chevron Chemicals)、Ircosperse2153(Lubrizol Ltd)、およびドデカン(Sigma Aldrich)である。
通常、電気泳動流体は、誘電媒質への良好な分散性を促進するために表面層でコーティングされた荷電無機ナノ粒子、たとえば、チタニア、アルミナ、または硫酸バリウムと、誘電性流体媒質とを含む。粒子を分散させるのに使用する溶媒および添加剤は、本発明の実施例中で使用するものに限定されず、他の多くの溶媒および/または分散剤を使用することができる。電気泳動ディスプレイに適している溶媒および分散剤の一覧は、既存の文献、特にWO99/10767およびWO2005/017046で見ることができる。次いで、電気泳動流体は、Elsevier B.V.(アムステルダム)刊行のC.M.Lampert、Displays;2004、25(5)で見ることのできるものなどの、様々な画素アーキテクチャによって、電気泳動ディスプレイ素子に組み込まれる。電気泳動ディスプレイは、通常、電気泳動ディスプレイ媒質を、黒と白の光学的状態またはその中間のグレースケール状態間の画素またはパターン化素子のスイッチングに適している一体式またはパターン化バックプレーン電極構造との密接な組合せとして含む。
本発明による電気泳動粒子は、既知のすべての電気泳動媒体および電気泳動ディスプレイ、たとえば、フレキシブルディスプレイ、TIR−EPD(全内部反射電気泳動デバイス)、一粒子系、二粒子系、染色流体、マイクロカプセルを含む系、マイクロカップ系、空隙系、およびElsevier B.V.(アムステルダム)刊行のC.M.Lampert、Displays;2004、25(5)に記載のとおりの他の例に適する。フレキシブルディスプレーの例は、動的キーパッド、電子ペーパーウォッチ、動的価格設定および広告、電子読み取り装置、回転可能なディスプレイ、スマートカード媒体、製品包装、携帯電話、ラップトップ型コンピューター、ディスプレイカード、デジタル標識である。
本発明の粒子は、光学、電気光学、電子、電気化学、電子写真、電気湿潤ディスプレイおよび/またはデバイス、たとえば、TIR(全内部反射電子デバイス)において、また保安、美容、装飾、または診断用途においても使用することができる。電気湿潤ディスプレイにおける使用が好ましい。電気湿潤(ew)は、液滴の湿潤特性が電場の存在によって変更される物理的過程である。この効果を使用して、画素内の着色流体の位置を操作することができる。たとえば、着色剤を含有する非極性(疎水性)溶媒は、無色透明な極性溶媒(親水性)と混合することができ、得られた二相混合物を適切な電気湿潤表面、たとえば、疎水性の強い誘電性層に載せたとき、光学的効果を実現することができる。サンプルが静止しているとき、着色された非極性相は、疎水性表面を湿らせ、画素全体に広がる。観察者には、画素が色付いて見えることになる。電圧がかけられると、表面の疎水性は変化し、極性相と誘電層間の表面相互作用は、もはや不都合ではない。極性相が表面を湿らせ、したがって、着色された非極性相は、たとえば画素の一角で、収縮状態に押しやられる。観察者には、画素は、このとき透明に見えることになる。典型的な電気湿潤ディスプレイデバイスは、安定性や電荷などの特性を改善するための添加剤を伴った、低極性または非極性溶媒中の粒子からなる。このような電気湿潤流体の例は、文献、たとえば、WO2011/017446、WO2010/104606、およびWO2011075720に記載されている。
引用した参照文献における開示も、こうして明白に、本出願の開示内容の一部である。請求項および説明部分において、単語「含む(comprise/comprises/comprising)」および「含有する(contain/contains/containing)」は、列挙した構成要素が含まれるが、他の構成要素が除外されないことを意味する。以下の実施例は、保護範囲を限定することなく、本発明をより詳細に説明するものである。
[実施例]
PDMSマクロモノマーは、Gelest Inc.から購入したものである。試薬およびドデカンは、Sigma−Aldrich Companyから購入したものであり、さらに精製せずに使用している。AIBN開始剤は、VWRから購入したものである。V59開始剤は、和光から購入したものである。使用した水は、脱イオン水である。粒子の作製に使用したマゼンタおよびイエロー染料は、WO2012/019704で以前に報告されている。粒径は、SEMによって測定している。
配合物の特性決定は、Malvern NanoZS粒子分析装置を使用して行う。この計器は、分散液中の粒子の大きさおよび電気泳動流体のゼータ電位を測定するものである。ゼータ電位(ZP)は、電気泳動移動性のリアルタイム測定から導かれ、したがって、流体が電気泳動適用例での使用に適しているかどうかの指標である。
例1
(E)−4,4’−(4−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−2−メトキシ−5−(3,5,5−トリメチルヘキサンアミド)フェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ジアクリレート(染料3)
工程1:4,4’−(5−アセトアミド−2−メトキシフェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ジアセテート
3’−アミノ−4’−メトキシアセトアニリド(18.0g、0.1mol)、酢酸4−ブロモブチル(48.8g、0.25mol)、1−メチル−2−ピロリジノン(50ml)、および炭酸水素ナトリウム(55.2g、0.66mol)からなる撹拌した混合物を、105℃の油浴で終夜加熱し、冷まし、次いで水(500ml)中に注ぐ。30分間撹拌した後、分離した油状物をジクロロメタン(150ml)で抽出し、有機層を乾燥させ(MgSO4)、蒸発にかけて、濃厚な褐色の油状物(57.0g)を得る。油状物をこれ以上精製せずにそのまま使用する(純度95%)。
工程2:4,4’−(5−アミノ−2−メトキシフェニルアザンジイル)ジブタン−1−オール
未精製4,4’−(5−アセトアミド−2−メトキシフェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ジアセテート(0.1mol)をジオキサン(200ml)に溶解させ、1M LiOH(300ml)を加える。15分後、反応液を35%HCl(5ml)で中和し、次いで蒸発にかけて褐色の油状物を得る。油状物を水(200ml)と35%HCl(100ml)の混合物に溶解させ、90℃で4時間加熱し、室温に冷まし、pH11.0に塩基性化し、得られた油状物をDCM(2×150ml)で抽出し、乾燥させ(MgSO4)、蒸発にかけて、濃褐色の粘稠な油状物(28.3g、100%)を得る。粗生成物をこれ以上精製せずにそのまま使用する。
工程3:N−(3−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド
4,4’−(5−アミノ−2−メトキシフェニルアザンジイル)ジブタン1−オール(50mmol)をジクロロメタン(200ml)に溶解させ、これにトリエチルアミン(7.6g、75mmol)を加える。3,5,5−トリメチルヘキサノイルクロリド(8ml)を滴下する。メタノール(100ml)を加え、反応液を終夜撹拌し、これ以上精製せずにそのまま使用する。
工程4:(E)−N−(5−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−2−((2−ブロモ−6−シアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド
硫酸(80%w/w、75ml)を5℃に冷却し、6−ブロモ−2−シアノ−4−ニトロアニリン(9.7g、40mmol)を加え、完全に分散するまで5℃未満で10分間撹拌する。硫酸中ニトロシル硫酸40%(w/w)(15.3g、0.048mol)を3〜5℃で30分かけて数回で加え、次いで5℃未満でさらに1時間撹拌する。N−(3−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド(想定41mmol)をメタノール(100ml)で希釈し、氷浴で外部から5℃に冷却し、固形の氷(50g)および水(50ml)を加える。スルファミン酸(10ml)を加える。上記ジアゾニウム塩溶液を1時間かけて滴下する。反応液を終夜撹拌し、次いで固体を濾別し、40℃で終夜乾燥させる(13.4g、50%)。粗生成物を熱IMSから再結晶させて、必要な染料を緑色の結晶質固体(8.9g、32%)として得る。
工程5:(E)−N−(5−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−2−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド
N−(5−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−2−((2−ブロモ−6−シアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド(8.8g、13.0mmol)を1−メチル−2−ピロリジノン(15ml)に懸濁させ、55℃に温めて溶解させる。シアン化亜鉛(0.82g、7mmol)に続いてシアン化銅(I)(0.4mg、0.45mmol)を加え、反応液を105℃(浴温度)に加熱する。3時間後、外部加熱装置を取り外し、メタノール(45ml)を加える。得られた結晶質固体を濾別する。固体をIMSから再結晶させる(6.1g、75%)。
工程6:(E)−4,4’−(4−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−2−メトキシ−5−(3,5,5−トリメチルヘキサンアミド)フェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ビス(3−クロロプロパノエート)
(E)−N−(5−(ビス(4−ヒドロキシブチル)アミノ)−2−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−4−メトキシフェニル)−3,5,5−トリメチルヘキサンアミド(6.0g、9.7mmol)および炭酸水素ナトリウム(8.1g、97mol)をジクロロメタン(120ml)に懸濁させ、塩化3−クロロプロピオニル(3.7g、29.1mmol)を加える。混合物を40℃で終夜加熱する。メタノール(300ml)を加え、混合物を真空中で濃縮して半分の体積にする。沈殿したタール状固体を濾別する。固体をジクロロメタン(100ml)に加え、5分間撹拌して溶解させた後、濾過によって無機物質を除去する。ジクロロメタン溶液を蒸発にかけて、粗生成物を黒色のタール状固体(7.7g、90%)として得る。この材料を、2〜5%酢酸エチルジクロロメタン溶液を溶離液としながらシリカゲルで精製した。純粋な画分を合わせ、蒸発にかけると、必要な化合物が、HPLCによる純度が99%を越える、黒色のタール状固体(6.8g、80%)として得られる。
工程7:(E)−4,4’−(4−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−2−メトキシ−5−(3,5,5−トリメチルヘキサンアミド)フェニルアザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ビス(アクリレート)
(E)−4,4’−(4−((2,6−ジシアノ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル)−2−メトキシ−5−(3,5,5−トリメチルヘキサンアミド)フェニル−アザンジイル)ビス(ブタン−4,1−ジイル)ビス(3−クロロプロパノエート)(6.8g、8.5mmol)をジクロロメタン(68ml)に溶解させ、トリエチルアミン(6.0ml、43mmol)を加える。反応液を35℃で3時間温める。溶液を0.2N HCl、次いで水で洗浄し、乾燥させ(Na2SO4)、濾過する。溶液を蒸発にかけ、得られたタール状固体をジクロロメタン(200ml)に溶解し直し、メタノール(400ml)で希釈し、終夜撹拌して溶媒をゆっくりと蒸発させる。得られた固体を濾別し、フィルター上にてメタノールで洗浄し、恒量に達するまで高真空中で乾燥させる。必要な染料を濃青色の固体(5.4g、87%)として得た。融点:120〜121℃、λmax(EtOAc)642nm(98,000)、12バンド幅=70nm。1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ 0.92 (9H, s), 1.03 (3H, d, J 6.6), 1.17 (1H, dd, J 14.0, J 6.6), 1.34 (1H, dd, J 14.0, J 3.7), 1.81 (8H, m), 2.16 (1H, m), 2.42 (1H, dd, J 14.0, J 8.0) 2.52 (1H, dd, J 14.0, J 6.5), 3.71 (4H, m), 3.88 (3H, s), 4.23 (4H, t, J 6.0), 5.84 (2H, dd, J 10.5, J 1.5), 6.13 (2H, dd, J 17.3, J 10.5), 6.42 (2H, J 17.3, J 1.5), 7.54 (1H, s), 8.32 (1H, s), 8.63 (2H, s), 9.27 (1H, br. s).
例2
一末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのシアンポリマー粒子の調製
100mlの三口丸底フラスコにおいて、ポリジメチルシロキサンモノメタクリレート終端、mw.10,000(1.70g)をドデカン(42g)に溶解させる。メタクリル酸メチル(5.4ml)、シアン染料(染料3)(0.25g)、およびオクタンチオール(0.13ml)を加える。フラスコを窒素中にて300rpmで撹拌しながら80℃に加熱した。AIBN(0.11g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより、シアン分散液を清浄化する。平均粒径は、449nmである。
例3
一末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのマゼンタポリマー粒子の調製
例3A
100mlの三口丸底フラスコにおいて、ポリジメチルシロキサンモノメタクリレート終端、mw.10,000(1.70g)をドデカン(42g)に溶解させる。メタクリル酸メチル(5.4ml)、マゼンタ染料(染料2、アクリル酸2−[[3−ブチリルイルアミノ−4−(4−シアノ−3−メチルイソチアゾール−5−イルアゾ)−フェニル]−(2−アクリロイルオキシエチル)−アミノ]−エチルエステル)(0.25g)、およびオクタンチオール(0.13ml)を加える。フラスコを窒素中で撹拌しながら80℃に加熱する。AIBN(0.11g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより、マゼンタ分散液を清浄化する。平均粒径は、655nmである。
例3B
マゼンタ粒子を、ドデカン(75ml)中で、メタクリル酸メチル(10.3g)、PDMS(2.06g)、染料2(0.1g)、AIBN(0.09g)の組合せから同様に調製して、345nmの粒子を得る。
例3C
マゼンタ粒子を、ドデカン(42ml)中で、メタクリル酸メチル(5.1g)、PDMS(1.70g)、染料2(0.05g)、AIBN(0.11g)の組合せから同様に調製して、283nmの粒子を得る。
例3D
ポリジメチルシロキサンモノメタクリレート終端、mw.10,000(2.50g)、メタクリル酸メチル(12.3ml)、マゼンタ染料(染料2、アクリル酸2−[[3−ブチリルイルアミノ−4−(4−シアノ−3−メチルイソチアゾール−5−イルアゾ)−フェニル]−(2−アクリロイルオキシエチル)−アミノ]−エチルエステル)(0.63g)、およびメタクリル酸(0.25ml)を、100mlの三口丸底フラスコに量り入れ、これを300rpmで撹拌する。撹拌状態の溶液にドデカン(29g)を加えた後、オクタンチオール(0.07ml)を加える。フラスコを窒素中で撹拌しながら80℃に加熱する。V−59(0.2g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより、マゼンタ分散液を清浄化する。平均粒径は、815nmである。
例4
一末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのイエローポリマー粒子の調製
イエロー染料(染料1、2,2’−(4−((5−シアノ−1−(2−エチルヘキシル)−2−ヒドロキシ−4−メチル−6−オキソ−1,6−ジヒドロピリジン−3−イル)ジアゼニル)フェニルスルホニルアザンジイル)ビス(エタン−2,1−ジイル)ジアクリレート)を使用して、イエロー粒子を同様に調製する。平均粒径は、478nmである。
例5
二末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのシアンポリマー粒子の調製
100mlの三口丸底フラスコにおいて、ポリジメチルシロキサンジメタクリレート終端、mw.20,000〜30,000(1.70g)をドデカン(42.0g)に溶解させる。メタクリル酸メチル(5.4ml)、シアン染料(染料3)(0.25g)、およびオクタンチオール(0.13ml)を加える。フラスコを窒素中で撹拌しながら80℃に加熱する。V−59開始剤(0.2g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより、シアン分散液を清浄化する。平均粒径は、509nmである。
例6
二末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのマゼンタポリマー粒子の調製
100mlの三口丸底フラスコにおいて、ポリジメチルシロキサンジメタクリレート終端、mw.20,000〜30,000(1.70g)をドデカン(42.0g)に溶解させる。メタクリル酸メチル(5.4ml)、マゼンタ染料(染料2、アクリル酸2−[[3−ブチリルイルアミノ−4−(4−シアノ−3−メチルイソチアゾール−5−イルアゾ)−フェニル]−(2−アクリロイルオキシエチル)−アミノ]−エチルエステル)(0.25g)、およびオクタンチオール(0.13ml)を加える。フラスコを窒素中で撹拌しながら80℃に加熱する。V−59開始剤(0.2g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。得られたマゼンタ分散液は、遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより清浄化する。平均粒径は、443nmである。
例7:二末端PDMSメタクリレート安定剤を使用してのイエローポリマー粒子の調製
100mlの三口丸底フラスコにおいて、ポリジメチルシロキサンジメタクリレート終端、mw.20,000〜30,000(1.70g)をドデカン(42.0g)に溶解させる。メタクリル酸メチル(5.4ml)、イエロー染料(染料1、2,2’−(4−((5−シアノ−1−(2−エチルヘキシル)−2−ヒドロキシ−4−メチル−6−オキソ−1,6−ジヒドロピリジン−3−イル)ジアゼニル)フェニルスルホニルアザンジイル)ビス(エタン−2,1−ジイル)ジアクリレート)(0.25g)、およびオクタンチオール(0.13ml)を加える。フラスコを窒素中で加熱しながら80℃に加熱する。AIBN開始剤(0.12g)を加える。混合物を2時間撹拌し、次いで室温に冷却し、中身を50ミクロンの布で濾過する。得られた黄色の分散液は、遠心分離し、上清を清浄なドデカンと取り替えることにより清浄化する。平均粒径は、322nmである。
例8
流体例3からのマゼンタ電気泳動インクの調製
0.1412gの例3の粒子(固形分43.2%)、1.2322gのAOT(ドデカン中5wt%)、および0.6702gのドデカンをボルテックス混合することにより、電気泳動インクを調製する。次いで、分散液を30分間ロール混合する。
電気泳動移動性(−0.03195μmcm/Vs)、ZP(−34.4mV)
例9
流体例3からのマゼンタ電気泳動インクの調製
0.1431gの例3の粒子(固形分43.2%)、1.2390gのSpan 85(ドデカン中5wt%のSpan 85)、および0.6896gのドデカンをボルテックス混合することにより、電気泳動インクを調製する。次いで、分散液を30分間ロール混合する。
電気泳動移動性(0.05827μmcm/Vs)、ZP(62.8mV)
例10
流体例4からのイエロー電気泳動インクの調製
0.2103gの例4の粒子(固形分30.2%)、1.2827gのAOT(ドデカン中5wt%)、および0.6441gのドデカンをボルテックス混合することにより、電気泳動インクを調製する。次いで、分散液を30分間ロール混合する。
電気泳動移動性(−0.05342μmcm/Vs)、ZP(−57.6mV)
例11
流体例4からのイエロー電気泳動インクの調製
0.1983gの例4の粒子(固形分30.2%)、1.1976gのSpan 85(ドデカン中5wt%のSpan 85)、および0.6166gのドデカンをボルテックス混合することにより、電気泳動インクを調製する。次いで、分散液を30分間ローラー混合する。
電気泳動移動性(0.03968μmcm/Vs)、ZP(42.8mV)

Claims (15)

  1. 少なくとも2個の重合性基を有する少なくとも1種の重合性染料、少なくとも1種のコモノマー、1個の重合性基を有するポリ(ジメチルシロキサン)から選ばれる少なくとも1種の重合性立体安定剤、および任意に荷電コモノマー、および任意に架橋コモノマーのモノマー単位から成る、重合性立体安定剤のパーセンテージが、前記ポリマー粒子の重量に対して少なくとも20重量%である、着色ポリマー粒子。
  2. 前記重合性立体安定剤が、メタクリロイルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサンであることを特徴とする、請求項に記載の着色ポリマー粒子。
  3. 前記重合性立体安定剤が、分子量が1000〜50000の範囲にあるポリ(ジメチルシロキサン)マクロモノマーであることを特徴とする、請求項1または2に記載の着色ポリマー粒子。
  4. 前記重合性染料が、アゾ染料、ジスアゾ染料、および/または金属化アゾ染料、金属化染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、ベンゾジフラノン染料、ブリリアントブルー誘導体、ピロリン染料、スクアリリウム染料、トリフェンジオキサジン染料、またはこれら染料の混合物から選択されることを特徴とする、請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子。
  5. 少なくとも1種の式(VII)の染料
    [式中、
    1、X2、およびX3は、互いに独立に、Hまたは電子吸引性基であり、
    1は、HまたはOR’であり、R’=直鎖状、分枝、または環状アルキル基であり、R2は、直鎖状、分枝、または環状アルキル基であり、
    3およびR4は、互いに独立に、構造L3−Y3、L4−Y4の基であり、L3およびL4は、リンカー基であり、互いに独立に、1個以上の隣接していない炭素原子がO、S、および/またはNで置きかえられていてもよい、直鎖状または分枝の置換または無置換アルキレン基であり、
    3およびY4は、互いに独立に、重合性基であり、
    1 、X2、およびX3の少なくとも1つは、電子吸引性基である]が使用されていることを特徴とする、請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子。
  6. 前記着色ポリマー粒子が400〜1000nmの直径を有することを特徴とする、請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子。
  7. a)少なくとも2個の重合性基を有する少なくとも1種の重合性染料、少なくとも1種のコモノマー、1個の重合性基を有するポリ(ジメチルシロキサン)から選ばれる少なくとも1種の重合性立体安定剤、少なくとも1種の開始剤、任意に少なくとも1種の連鎖移動剤、任意に荷電コモノマー、および任意に架橋コモノマーを、非水性非極性溶媒中での分散または乳化重合によって重合させることと、任意に、b)工程a)により得られた着色ポリマー粒子を洗浄し、乾燥することと
    を含む、請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子の調製のためのバッチ重合方法。
  8. 電気泳動ディスプレイおよび/またはデバイスにおける、請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子の使用。
  9. 電気泳動ディスプレイおよび/またはデバイスが、単色、二色、または多色電気泳動である、請求項記載の着色ポリマー粒子の使用。
  10. 電気泳動ディスプレイおよび/またはデバイスにおける、請求項に記載の方法によって調製された着色ポリマー粒子の使用。
  11. 電気泳動ディスプレイおよび/またはデバイスが、単色、二色、または多色電気泳動である、請求項10記載の着色ポリマー粒子の使用。
  12. 請求項1〜の何れか一項に記載の着色ポリマー粒子を含む電気泳動流体。
  13. 請求項に記載の方法によって調製された着色ポリマー粒子を含む電気泳動流体。
  14. 請求項12または13の何れか一項に記載の電気泳動流体を含む電気泳動ディスプレイデバイス。
  15. 電気泳動流体が、インクジェット印刷、スロットダイ吹付け、ノズル吹付け、およびフレキソ印刷、あるいは他の任意の接触もしくは非接触印刷または堆積技術から選択される技術によって適用されることを特徴とする、請求項14に記載の電気泳動ディスプレイデバイス。
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