一种光刻胶墨水用改性炭黑及其制备和应用的制作方法

本发明涉及炭黑的表面改性领域，具体涉及一种光刻胶墨水用改性炭黑及其制备和应用。

背景技术：

1、随着时代发展，各种各样的液晶显示屏出现在我们生活中的每一个角落，为了获得清楚的显示图像，需要应用黑色光刻胶来满足我们的要求，但显示设备技术领域的发展越来越好，人们对黑色光刻胶的相关性能的要求也越来越高，即所使用的光刻胶既不能干扰到设备的正常使用，又需要达到相应的光屏蔽能力。科研人员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，很难溶于溶剂；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。日铁化学材料有限公司(jp2021056509)合成具有不饱和基的感光性树脂，并加入黑色颜料、混色颜料及遮光材的至少1种的遮光成分，以此来满足产品所需的遮光性，但是聚合物合成过程较为复杂，难以精细的控制聚合度，且加入多种遮光成分不仅成本变高，体系也变得更加复杂，应用难度增加。日本触媒公司(wo9700295)对炭黑进行改性，将含有活性反应基团的聚合物链段接枝到炭黑表面，可以改善炭黑在溶剂中的稳定性，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。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光刻胶墨水用改性炭黑及其制备和应用。

2、为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

3、一种光刻胶墨水用改性炭黑的制备方法，将下述通式ⅰ所示中间体化合物在加热状态下连接至炭黑表面，形成改性炭黑；

4、

5、式ⅰ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；r1、r2各自相同或不同的选自氢，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，酯基，醚基，酰胺基，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，r3为c1-c6饱和或不饱和的烷基或烷氧基，c1-c6的取代氨基，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；r4可以是c1-c6的饱和或不饱和的烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，酯基，醚基，酰胺基，磺酰胺基，硝基，氰基，卤素，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；r5、r6可相同或不同为c1-c6的饱和或不饱和的烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，酯基，醚基，酰胺基，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。

6、进一步的说，可通过重氮化反应、diels-alder反应、酯化反应等将通式ⅰ所示中间体连接至炭黑上制备。

7、更进一步，通过重氮盐受热分解产生自由基被炭黑捕获，从而连接至炭黑上制备改性炭黑

8、具体：所述通式ⅰ所示中间体化合物在40-60℃下受热分解产生自由基被炭黑捕获，进而获得改性炭黑；所述炭黑与通式ⅰ所示中间体化合物用量质量比为1:0.001–0.5。

9、所述中间体式ⅰ中，x为氨基、环戊二烯基或吡咯基；r1、r2各自相同或不同的选自氢，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，酯基，醚基，酰胺基，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，r3为c1-c6饱和或不饱和的烷基或烷氧基，c1-c6的取代氨基，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；r4可以是c1-c6的饱和或不饱和的烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，酯基，醚基，酰胺基，磺酰胺基，硝基，氰基，卤素，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；r5、r6可相同或不同为c1-c6的饱和或不饱和的烷基或烷氧基，羰基，羟基，羧基，磺酸基，酯基，醚基，酰胺基，磺酰胺基，硝基，c1-c6的取代氨基，氰基或卤素。

10、上述取代氨基为，被c1-c6的烷基取代的氨基。

11、所述通式ⅰ所示中间体化合物通过重氮化反应、diels-alder反应或酯化反应使其连接至炭黑，即获得改性炭黑。

12、再进一步的说，中间体为

13、

14、一种光刻胶墨水用改性炭黑，所述方法制备所得的改性炭黑。

15、一种所述改性炭黑的应用，所述改性炭黑在制备黑色光刻胶墨水中的应用。

16、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％。

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

18、所述溶剂为甲醇、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。

19、所述的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。

20、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％。

21、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％。

22、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％。

23、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。

24、本发明的有益效果：

25、本发明通过重氮化反应和diels-alder反应对炭黑进行改性，在其表面连接有机小分子，操作简单，且本发明的改性炭黑溶剂稳定性良好。