一种用于黑色光刻胶墨水中的改性炭黑及制备方法和应用与流程

本发明涉及炭黑的表面改性领域，具体涉及一种用于黑色光刻胶墨水中的改性炭黑及制备方法和应用。

背景技术：

1、黑色矩阵可以防止漏光，改善图像对比度，提高液晶显示屏的分辨率，矩阵上涂抹的黑色光刻胶是实现这一功能的关键。随着显示设备技术领域的发展，人们对黑色光刻胶的相关性能的要求也越来越高，一般来讲，需要通过加入黑色颜染料，如炭黑来提高黑色光刻胶的遮光性，达到黑色矩阵所需的光屏蔽能力，炭黑的存在状态会直接影响黑色光刻胶的性能。但是，由于炭黑属于无机颜料，溶解性较差，难以在溶剂中形成稳定的溶液或分散液；并且，由于粒子间存在的范德华力，使得溶液中的炭黑粒子有自聚倾向，易团聚为大颗粒炭黑，会大大降低黑色光刻胶的性能。韩国东友精细化工有限公司(kr1020210104955)从光刻胶成分中的聚合物入手，设计了含有环氧基的粘合物树脂，以此来提升产品的稳定性，但是聚合物合成过程较为复杂，难以精细的控制聚合度，且该方法需要加入黑色有机颜料来提高光刻胶产品的性能；日本触媒公司(wo9700295)选用含有活性反应基团的聚合物链段，使其与炭黑表面的基团(如羟基、羧基)反应，以此将聚合物接枝到炭黑表面，达到改性炭黑的目的，从而提高炭黑粒子在溶液中的稳定性，避免团聚，但是这种方法对聚合物的要求较为苛刻，同样难以控制聚合物的聚合度，操作起来困难，且接枝率较低。因此，提供一种制备简单，且能在溶剂中稳定存在的改性炭黑是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种用于黑色光刻胶墨水中的改性炭黑及制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种用于黑色光刻胶墨水中的改性炭黑的制备方法，在炭黑表面连接中间体，其中，炭黑与中间体用量质量比为1:0.001–0.5；所述中间体为下述结构所示；

4、

5、式中，x为氨基、羧基、磺酸基、羟基、c3～c5环氧基、环戊二烯基、酰氯基、磺酰氯基或吡咯基；y选自氢，c1-c6的饱和或不饱和烷基，c1-c6的饱和或不饱和烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，醚基，r1取代的酯基，未取代或被至少一个r2取代的酰胺基或磺酰胺基，硝基，氰基，卤素，未取代或至少一个r3取代的氨基，未取代或被至少一个r4取代的c6-c10的芳环，未取代或被至少一个r5取代的c3-c5的杂芳环，未取代或被至少一个r6取代的c3-c5的杂环的一种或多种；其中，r1可以是c1-c6的饱和或不饱和烷基、烷氧基或杂环；r2为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，至少一个r3取代的氨基，未取代或被至少一个r4取代的c6-c10的芳环，未取代或被至少一个r5取代的c3-c5的杂芳环，未取代或被至少一个r6取代的c3-c5的杂环；r3为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，c1-c6饱和或不饱和的酯基或烷氧基烷基酯基，c1-c6饱和或不饱和的烷基酰胺基或烷基磺酰胺基，c1-c6的取代氨基，噁唑基，咪唑基，呋喃基，吡喃基，吡咯基或喹啉基；r4、r5、r6可相同或不同为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，c1-c6饱和或不饱和的酯基或烷氧基烷基酯基，醚基，酰胺基，磺酰胺基，c1-c6饱和或不饱和的烷基酰胺基或烷基磺酰胺基，硝基，c1-c6的取代氨基，氰基或卤素；所述杂原子为o、s或n；n为0-5的整数；当，n大于1时，y与苯环上的的c可行成c3-c5的环或c3-c5的杂环，且，环上可被r1、r2、r3、r4、r5、r6取代。

6、所述式中，n为2、3、4或5时，y可相同或不同。

7、所述中间体式中，x优选为氨基、c3～c5环氧基、环戊二烯基；y选自氢，c1-c6的饱和或不饱和烷基，c1-c6的饱和或不饱和烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，醚基，r1取代的酯基，未取代或被至少一个r2取代的酰胺基或磺酰胺基，硝基，氰基，卤素，未取代或至少一个r3取代的氨基，未取代或被至少一个r4取代的c6-c10的芳环，未取代或被至少一个r5取代的c3-c5的杂芳环，未取代或被至少一个r6取代的c3-c5的杂环的一种或多种；其中，r1可以是c1-c6的饱和或不饱和烷基、烷氧基或杂环；r2为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，至少一个r3取代的氨基，未取代或被至少一个r4取代的c6-c10的芳环，未取代或被至少一个r5取代的c3-c5的杂芳环，未取代或被至少一个r6取代的c3-c5的杂环；r3为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，c1-c6饱和或不饱和的酯基或烷氧基烷基酯基，c1-c6饱和或不饱和的烷基酰胺基或烷基磺酰胺基，c1-c6的取代氨基，噁唑基，咪唑基，呋喃基，吡喃基，吡咯基或喹啉基；r4、r5、r6可相同或不同为c1-c6的饱和或不饱和烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，c1-c6饱和或不饱和的酯基或烷氧基烷基酯基，醚基，酰胺基，磺酰胺基，c1-c6饱和或不饱和的烷基酰胺基或烷基磺酰胺基，硝基，c1-c6的取代氨基，氰基或卤素；所述杂原子为o、s或n；n为0-5的整数；当，n大于1时，y与苯环上的的c可行成c3-c5的环或c3-c5的杂环，且，环上可被r1、r2、r3、r4、r5、r6取代。

8、通过重氮化反应、diels-alder反应、酯化反应将中间体连接至炭黑表面，形成改性炭黑。

9、所述过重氮化反应将中间体制成重氮盐，重氮盐在40-60℃下受热分解产生自由基被炭黑捕获，使其连接至炭黑表面，即得改性炭黑。炭黑与中间体用量质量比为1:0.001–0.5。

10、优选中间体为：

11、

12、一种所述方法制备所得改性炭黑，按所述方法制备所得可在溶剂中稳定分散的改性炭黑。

13、一种改性炭黑的应用，所述改性炭黑在制备黑色光刻胶墨水中的应用。

14、一种黑色光刻胶墨水，含所述的改性炭黑，其占黑色光刻胶墨水总质量的1％-15％。

15、将所述改性炭黑与溶剂按质量比为1-20：99-80的比例混合研磨形成黑色色浆，而后用其配置黑色光刻胶墨水。

16、所述黑色光刻胶墨水包括：光聚合性树脂、光引发剂、光聚合性单体、上述黑色色浆、溶剂。

17、所述树脂可以是碱可溶性树脂，如选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸等与苯乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苄基丙烯酸甲酯等单体的共聚物。相对于上述光刻胶墨水总重量，树脂含量可以为1wt％–15wt％，优选为2wt％–10wt％。

18、所述光引发剂可以是由α-羟基酮类化合物、肟酯类化合物等，如1-羟基环己基苯酮、巴斯夫公司的irgacure oxe 01、irgacure 127、irgacure 2022等。相对于上述光刻胶墨水总重量，光引发剂含量可以为0.1wt％–2wt％，优选为0.5wt％–1wt％。

19、所述光聚合性单体可以是乙烯性不饱和单体，如丙烯酸酯类，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-羟基乙基丙烯酸甲酯、环己基甲基丙烯酸甲酯、二季戊四醇四丙烯酸甲酯、二戊二醇己酸甲基丙烯酸甲酯等。相对于上述光刻胶墨水总重量，光聚合单体含量可以为1wt％–10wt％，优选为2wt％–8wt％。

20、所述溶剂可以选择甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、丙二醇单甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇单乙醚，二丙二醇单丁基醚、丙三醇、丁醇、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮等一种或多种。

21、本发明的有益效果：

22、本发明通过重氮化反应使用小分子对炭黑进行改性，其改性炭黑制备简单，本发明改性炭黑可以在溶剂中达到纳米级分散效果，热储实验表明，其稳定性好，实验前后粒径变化小于10nm。