消泡剂的应用 消泡剂在混晶中的应用研究

　　文章编号：1006-6268（2008）09-0032-05 　　摘要：混合液晶中气体的存在使得液晶在灌注到液晶显示器件(LCD)的过程中造成产品的浪费和不良率的上升。本文从生产实践出发，从生产工艺入手，详细分析了混合液晶中气体存在的方式和形成原因，通过添加消泡剂有效地改善了混合液晶的品质，抑制了气泡的产生，提高了液晶的灌注质量。
　　关键词：液晶；消泡剂；气泡
　　中图分类号：TN141.9文献标识码：B
　　
　　Research on the Apply of Defoamer in Liquid Crystal Mixtures
　　DAI Yan , LEI Zi-jian
　　（Xi"an Ruilian Modern Electronic Chemicals Co.Ltd，Xi"an 710065，China）
　　Abstract: Because of the gas in the liquid crystal mixtures,the product is waste andyield rate is dropped in the process of liquid crystal perfusion.In this papper, start with product technics, the exist form and forming reason are studied in detail.By means of appending defoamer to liquid crystal mixtures, the quality of liquid crystal mixtures is better, and the air bubble is controlled which are beneficial to the improvement of perfusion quality.
　　Keywords:liquid crytal;defoamer;air bubble
　　
　　引言
　　
　　气泡是气体分散于液体所形成的多分散体系，由于气液两相密度相差大，液相中的气泡通常会很快上升到液面，如果液面上存在一层较稳定的液膜，就会形成气泡，因此，气泡可以看成是一种由液膜隔开的气泡聚集物。由于混合液晶是由多种液晶单体组成的混合物，常温一般具有15~70Cp的粘度，在生产的过程中，因为受到搅动，能够溶解大量的气体――尤其是惰性气体[1]。这些气体的存在，在混晶真空灌注的过程中，因为压力的突然降低，混合液晶中溶解的微小气泡迅速变大，混合液晶表面会形成大量的气泡，严重的情况下会形成爆沸。爆沸后形成的气泡封堵液晶显示器件的灌注口，导致无法灌注，带走大量的混合液晶，造成产品的浪费；另一方面，混合液晶灌注到液晶显示器件并封口后，因为气体的存在，经一段时间后气体慢慢逸出形成气泡，导致产品的不良率的上升。器件厂家为了排除气泡，需要延长静置时间和排气时间，提高真空度[2]，使灌注的效率下降。也有厂家用把混晶加热减压进行旋转蒸馏的方法排除气泡[1]。这些方法虽然部分地解决了气泡问题，但是却增加了生产成本。因此，抑制混合液晶中气泡的产生，对提高液晶显示器件的良品率具有十分重要的意义。消泡剂的应用就很好地解决了这一问题。
　　
　　1消泡原理
　　
　　一般消除气泡可通过静置、减压（抽真空）、加热等办法达到目的[3]。但要在尽可能短的时间内迅速而有效地消除不断产生的气泡，就需要用新的、更有效的方法。自从德国物理学家Quincke首先提出用化学方法来消除气泡以来，消泡剂的应用便越来越广泛。
　　消泡就是气泡稳定化的反过程，从机理上看，它包括两个方面：一是抑制气泡的产生，二是消除已产生的气泡。相应地，消泡剂就是能改变体系的界面状态，破坏或抑制气泡的物质。消泡剂具有较高的表面活性，能形成新的表面膜或改变原表面膜，降低气泡的强度。目前所采用的化学消泡剂的特点是不溶于起泡介质，以液滴、包裹固体质点的液滴或固体质点的形式分散于起泡介质中，能自发地进入液膜，使气泡破裂。因此消泡剂的消泡机理有两种模式：一是展开作用，二是插入作用[4]。
　　
　　1.1展开作用
　　消泡剂因其有较低的表面张力，常具有很好的铺展性能，能自动在气泡表面展开。在展开的过程中，一方面会带走邻近表面的一层液体，另一方面在表面上产生扰动，破坏膜的平衡。这两个作用皆能导致膜的破裂。铺展能力可用展开系数S表示:
　　S=γF-γFD-γD[5]式中，
　　γF――起泡液体的表面张力；
　　γFD――起泡液体与消泡剂的界面张力；
　　γD――消泡剂的表面张力。
　　若S>0，消泡剂能在气泡表面铺展。S的数值越高，消泡剂的展开能力越强。此种作用多存在于消泡剂不溶于气泡溶液的情形中。展开作用破泡机理见图1中的3种形式。
　　
　　图1 展开作用破泡机理示意图
　　
　　1.2插入作用
　　当消泡剂液滴分散在起泡液体中,它可能自体相进入表面,如果此过程发生,体系表面自由能的变化可用插入系数E表示：
　　E=γF+γD-γFD
　　若E>0,当消泡剂喷洒在气泡表面时，消泡剂能插入气泡的部分表面中，随着消泡剂的扩展，在消泡剂插入的局部造成薄弱环节，从而使气泡破裂。若E 　　把等质量的固体消泡剂和液体消泡剂以1 wt %的分别加入到三种不同的混合液晶产品中，对比其消泡和抑泡效果。结果如表1：
　　
　　液体消泡剂能够更加迅速地在液晶表面铺展开来，破坏气泡的平衡，起到消泡的效果。
　　2.2.2液体消泡剂的选择
　　2.2.2.1液体消泡剂型号的选择
　　取混合液晶A9份，每份200g装于9个500ml的双口瓶中，分别加入1wt%的9种消泡剂：M-35、M-1400、M-6800、M-3500、M-10PC、M-50PC、M-100PC、M-100TC、M-350TC。评价其消泡速度、抑泡性能、稳定性和持久性。结果如表2：
　　
　　通过实验发现，M-100PC的消泡剂对该混晶具有很好的消泡速度和抑泡性能，以及很好的稳定性。本研究仅仅局限于聚醚型消泡剂，未对聚硅氧烷、高级醇(如辛醇、庚醇、壬醇等)、脂肪酸等消泡剂进行研究。对于聚硅氧烷、高级醇、脂肪酸等物质将在后续实验中进行研究。
　　确定了M-100PC的有效性之后，按照消泡剂消泡速度的评估方法，在多个混合液晶型号(根据参数的不同选择几款混合液晶)中验证其消泡速度。结果如表3：
　　
　　实验表明：M-100PC对各类混合液晶均具有较快的消泡速度。
　　在确定了M-100PC的消泡性能之后，按照消泡剂抑泡性能的评估方法，对其进行评估。结果如表4：
　　
　　实验表明：M-100PC对各类混合液晶均具有较好的抑泡效果。
　　将上述产品取样品储存于混合液晶库房，2周后、1个月、2个月、4个月后测试其性能，结果如表5：
　　
　　实验表明：M-100PC对各类混合液晶均具有很好的稳定性。
　　消泡剂的性质和混合液晶的性质之间的关系对消泡剂所起的消泡效果有一定的影响，只有找到相匹配的消泡剂，才能够达到最佳的消泡效果。所以，对其它类型的消泡剂的实验研究是十分必要的，这些消泡剂将为我们提供更加广泛的选择。
　　2.2.2.2消泡剂加入量的选择
　　杂质的引入对混合液晶的性能的破坏是致命的，会极大地降低混合液晶的品质。所以，消泡剂的用量要适当，在保证不影响混合液晶性能参数的情况下，找出用量的最佳点。一般用量以不影响混晶性能参数时的最大加入量为好。通过实验，确定不同的加入量与最大起泡高度的关系，结果如表6：
　　
　　实验发现，随着消泡剂加入量的增加，混合液晶起泡的最大高度越来越小，起泡最大高度在达到LCD厂家的使用要求时，便不会出现因气泡导致产品不良率上升的现象。在不影响液晶性能的情况下取最大加入量，通过实验，我们确定消泡剂的最佳用量为质量比5,000ppm。
　　
　　2.3消泡剂的加入对混晶品质的影响
　　消泡剂的加入，相当于在混合液晶中引入了杂质，会对混合液晶的品质造成一定的影响。但是，由于消泡剂作为一种添加剂在混合液晶中的比例十分微小，在加入量合适时，混合液晶的品质几乎不受影响。以加入5,000ppm消泡剂的混晶为例，对加入消泡剂前后混合液晶的品质进行对比，结果如表７：
　　
　　实验发现，少量消泡剂的加入不会对混晶的基本参数和性能品质产生影响。所以，在混合液晶中加入消泡剂进行气泡的消除和控制是可行的。
　　
　　3结论
　　
　　（1）消泡剂的使用有效地抑制了气泡在混合液晶中的产生，为液晶灌注到液晶显示器件过程中成品率的提升提供了保证。气泡问题的有效解决，使器件厂家减少了排除液晶气泡的工序，大大提高了生产效率;
　　（2）消泡剂的加入对混合液晶的阈值电压、电阻率、功耗电流等品质基本没有影响，并具有良好的化学稳定性，这就使得消泡剂的使用在液晶显示行业中具有广阔的前景;
　　（3）通过实验发现，一般来讲，液体消泡剂更适合在混合液晶中的使用，消泡效果更理想。消泡剂的选择主要决定于消泡剂和被消泡物质的性质;
　　（4）针对不同的混晶，其最佳的使用量是不同的。通过实验，我们认为，在不影响液晶的品质的情况下，采用最大的加入量。本实验中采用5,000ppm的加入量。
　　（5）消泡剂的消泡效果与消泡剂的性质和混合液晶的性质有关，不同的混合液晶需要不同的消泡剂才能达到最好的消泡效果。
　　
　　参考文献
　　[1]Klaus Bofinger,Muehltal .process for outgassing liquid crystalline materials ：US4699636［P］.1987-10-13.
　　[2]李冰，李新贝，张方辉.液晶灌注工艺研究［J］.现代显示，2006,(9)：35-39.
　　[3]石瑛,邓宝祥.有机硅消泡剂的应用特点和开发动向[J].针织工业，2006,12：47-48.
　　[4]张亨.消泡研究进展［J］.精细石油化工进展，2000，(1)：44-48.
　　[5]梁百胜，王睿.有机硅消泡剂的应用［J］.化学工业与工程技术,2002,(4):6-7.
　　[6]黎鹰.消泡剂的评价及使用注意事项［J］.化学助剂，2000(4):60-61.
　　[7张骥红.固体有机硅消泡剂［J］.江苏化工，1993，21：35-36.
　　[8]李葵英.界面与胶体的物理化学［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.省略。