JP2024020840A - Surface-modified carbon black, carbon black dispersion, and black resist composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面修飾カーボンブラック、カーボンブラック分散体、ブラックレジスト組成物及び表面修飾カーボンブラックの製造方法に関する。 The present invention relates to a surface-modified carbon black, a carbon black dispersion, a black resist composition, and a method for producing surface-modified carbon black.
現在、カーボンブラックは着色顔料や遮光材料として、印刷インキ、塗料、プラスチック成型材料等の分野で広く使用されている。これらの製品において着色性、光吸収性能を向上させるためにはカーボンブラックを溶剤や樹脂中に均一に分散させる必要がある。例えば、液晶表示素子、センサー等に使用されるカラーフィルタのブラックマトリクス形成用のカーボンブラック分散液において、更なる輝度向上を目的にカーボンブラックの分散性及び分散安定性の向上が求められている。しかしながら、一般にカーボンブラックは分散性が悪いため、表面処理による分散性の向上が検討されてきた。 Currently, carbon black is widely used as a coloring pigment and light-shielding material in fields such as printing inks, paints, and plastic molding materials. In order to improve the colorability and light absorption performance of these products, it is necessary to uniformly disperse carbon black in a solvent or resin. For example, in carbon black dispersions for forming black matrices of color filters used in liquid crystal display elements, sensors, etc., improvements in the dispersibility and dispersion stability of carbon black are required for the purpose of further improving brightness. However, since carbon black generally has poor dispersibility, improvements in dispersibility through surface treatment have been studied.
分散性向上を目的としたカーボンブラックの表面処理として、アミノ基を有するアルキル基タイプの表面処理剤による表面修飾が検討されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、上記表面処理剤による表面修飾では、分散性向上のために必要な表面修飾密度が得られないため、分散性の向上は不十分であった。 As a surface treatment of carbon black for the purpose of improving dispersibility, surface modification with an alkyl group type surface treatment agent having an amino group has been studied (for example, Patent Document 1). However, surface modification using the above-mentioned surface treatment agent does not provide sufficient surface modification density to improve dispersibility, and therefore the improvement in dispersibility is insufficient.
表面修飾密度の向上を目的に、カーボンブラック表面のカルボキシル基とアミン系表面処理剤を反応させる方法も検討されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、この方法では、カーボンブラック表面のカルボキシル基を塩素化する必要があるため、工程が煩雑になり、また、残留した塩素がマイグレーションを発生させ、液晶表示素子やカメラ等の故障の原因となる可能性がある。 For the purpose of improving the surface modification density, a method of reacting the carboxyl group on the surface of carbon black with an amine surface treatment agent has also been studied (for example, Patent Document 2). However, this method requires chlorination of the carboxyl groups on the surface of carbon black, which makes the process complicated, and residual chlorine causes migration, which can cause failures in liquid crystal display elements, cameras, etc. there is a possibility.
一方で、カーボンブラックの表面処理を反応溶剤中で実施することにより、表面修飾密度を向上させることも検討されている(例えば、特許文献3)。しかしながら、この方法ではスルホン化剤由来の残留硫黄が、塩素と同様にマイグレーションを発生させるおそれがあり、また、溶剤親和基の長さが十分でないため、最先端の液晶表示素子やセンサー等の輝度を満足させるための分散性には到達していない。 On the other hand, it has also been considered to improve the surface modification density by surface-treating carbon black in a reaction solvent (for example, Patent Document 3). However, with this method, the residual sulfur derived from the sulfonating agent may cause migration similar to chlorine, and the length of the solvent affinity group is not long enough, so the brightness of cutting-edge liquid crystal display elements and sensors etc. The dispersibility that satisfies this has not yet been achieved.
以上のように、液晶表示素子の高精細化、センサー等の高感度化に伴い、より優れた分散性及び分散安定性を有するカーボンブラック及びその分散体が求められている。
本発明は、優れた分散性及び分散安定性を有するカーボンブラック及びその分散体を提供することを課題とする。
As described above, as the definition of liquid crystal display elements becomes higher and the sensitivity of sensors and the like becomes higher, carbon black and its dispersion having better dispersibility and dispersion stability are required.
An object of the present invention is to provide carbon black and a dispersion thereof having excellent dispersibility and dispersion stability.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、カーボンブラック、カリックスアレーン化合物及び二重結合含有重合反応性モノマーを含む混合物を反応させることにより、優れた分散性及び分散安定性を有する表面修飾カーボンブラックが得られることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have achieved excellent dispersibility and dispersion stability by reacting a mixture containing carbon black, a calixarene compound, and a double bond-containing polymerizable monomer. The present invention was completed based on the discovery that surface-modified carbon black having the following properties can be obtained.
すなわち本発明は、カーボンブラックの表面の一部又は全部に二重結合含有重合反応性モノマーの重合体が存在し、前記二重結合含有重合反応性モノマーの重合体がカリックスアレーン化合物を含有する、表面修飾カーボンブラックに関する。
また、本発明は、上記の表面修飾カーボンブラックを含む、カーボンブラック分散体に関する。
また、本発明は、上記の表面修飾カーボンブラックを含む、ブラックレジスト組成物に関する。
また、本発明は、(A)カーボンブラック、(B)カリックスアレーン化合物、(C)二重結合含有重合反応性モノマー、(D)溶剤及び(E)重合開始剤を含む混合物を調製して、前記(C)二重結合含有重合反応性モノマーを重合させる工程を有する、表面修飾カーボンブラックの製造方法に関する。
That is, the present invention provides a method in which a polymer of a double bond-containing polymerization-reactive monomer is present on part or all of the surface of carbon black, and the polymer of the double-bond-containing polymerization-reactivity monomer contains a calixarene compound. Related to surface modified carbon black.
The present invention also relates to a carbon black dispersion containing the above surface-modified carbon black.
The present invention also relates to a black resist composition containing the above surface-modified carbon black.
The present invention also provides a method for preparing a mixture containing (A) carbon black, (B) a calixarene compound, (C) a double bond-containing polymerization-reactive monomer, (D) a solvent, and (E) a polymerization initiator, The present invention relates to a method for producing surface-modified carbon black, which comprises the step of polymerizing the double bond-containing polymerization-reactive monomer (C).
本発明によれば、分散性及び分散安定性に優れるカーボンブラック及びその分散体が提供できる。 According to the present invention, carbon black and its dispersion having excellent dispersibility and dispersion stability can be provided.
以下、本発明の一実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。
本願明細書において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの一方又は両方を意味する。
An embodiment of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range that does not impair the effects of the present invention.
As used herein, "(meth)acrylate" means one or both of acrylate and methacrylate.
1.表面修飾カーボンブラック
本発明の一実施形態に係る表面修飾カーボンブラックは、カーボンブラックの表面の一部又は全部に二重結合含有重合反応性モノマーの重合体が存在し、かつ二重結合含有重合反応性モノマーの重合体がカリックスアレーン化合物を含有することを特徴とする。これにより、優れた分散性及び分散安定性を有するカーボンブラックとすることができる。以下、構成成分について説明する。
1. Surface Modified Carbon Black The surface modified carbon black according to one embodiment of the present invention has a polymer of a double bond-containing polymerization-reactive monomer present on a part or all of the surface of the carbon black, and a double bond-containing polymerization reaction. It is characterized in that the polymer of the monomer contains a calixarene compound. This allows carbon black to have excellent dispersibility and dispersion stability. The constituent components will be explained below.
[(a)カーボンブラック]
カーボンブラックは特に限定されるものではなく、市販のオイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等、各種を用いることができる。また、通常行われているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理されたカーボンブラックを用いてもよい。カーボンブラックは1種単独で使用してもよく、また、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[(a) Carbon black]
Carbon black is not particularly limited, and various types such as commercially available oil furnace black, gas furnace black, thermal black, acetylene black, channel black, etc. can be used. Further, carbon black that has been subjected to the usual ozone treatment, plasma treatment, or liquid phase oxidation treatment may be used. One type of carbon black may be used alone, or two or more types may be used in combination.
カーボンブラックの配合量は、(a)カーボンブラック、(b)カリックスアレーン化合物及び(c)二重結合含有重合反応性モノマーの重合体の合計質量に対し、40質量%以上94.9質量%以下の範囲であることが好ましく、60質量%以上89.5質量%以下の範囲であることがより好ましい。 The blending amount of carbon black is 40% by mass or more and 94.9% by mass or less based on the total mass of the polymer of (a) carbon black, (b) calixarene compound, and (c) double bond-containing polymerization-reactive monomer. The content is preferably in the range of 60% by mass or more and 89.5% by mass or less.
カーボンブラックの形状は特に制限はなく、導電性改良用、インキ用(遮光用)、繊維着色用、樹脂マスターバッチ用等、用途に応じて選択できる。
カーボンブラックの市販品としては、例えば、三菱化学株式会社製のMA7、MA8、MA11、MA100、MA100R、MA220、MA230、MA600、#5、#10、#20、#25、#30、#32、#33、#40、#44、#45、#47、#50、#52、#55、#650、#750、#850、#950、#960、#970、#980、#990、#1000、#2200、#2300、#2350、#2400、#2600、#3050、#3150、#3250、#3600、#3750、#3950、#4000、#4010、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B、OIL31B等が挙げられ、エボニックデグサジャパン株式会社製のPrintex3、Printex3OP、Printex30、Printex30OP、Printex40、Printex45、Printex55、Printex60、Printex75、Printex80、Printex85、Printex90、Printex A、Print ex L、Printex G、Printex P、Printex U、Printex V、PrintexG、SpecialBlack550、SpecialBlack 350、SpecialBlack250、SpecialBlack100、SpecialBlack6、SpecialBlack5、SpecialBlack4、Color Black FW1、Colo r Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW18、Color Black FW18、Color Black FW200、Color Black S160、Color Black S170等が挙げられ、キャボットジャパン株式会社製のMonarch120、Monarch280、Monarch460、Monarch800、Monarch880、Monarch900、Monarch1000、Monarch1100、Monarch1300、Monarch1400、Monarch4630、REGAL99、REGAL99R、REGAL415、REGAL415R、REGAL250、REGAL250R、REGAL330、REGAL400R、REGAL55R0、REGAL660R、BLACK PEARLS480、PEARLS130、VULCAN XC72R、ELFTEX-8等が挙げられ、コロンビヤンカーボン社製のRAVEN11、RAVEN14、RAVEN15、RAVEN16、RAVEN22RAVEN30、RAVEN35、RAVEN40、RAVEN410、RAVEN420、RAVEN450、RAVEN500、RAVEN780、RAVEN850、RAVEN890H、RAVEN1000、RAVEN1020、RAVEN1040、RAVEN1060U、RAVEN1080U、RAVEN1170、RAVEN1190U、RAVEN1250、RAVEN1500、RAVEN2000、RAVEN2500U、RAVEN3500、RAVEN5000、RAVEN5250、RAVEN5750、RAVEN7000等が挙げられる。
The shape of carbon black is not particularly limited and can be selected depending on the purpose, such as for improving conductivity, for ink (for light shielding), for coloring fibers, for resin masterbatch, etc.
Commercially available carbon blacks include, for example, MA7, MA8, MA11, MA100, MA100R, MA220, MA230, MA600, #5, #10, #20, #25, #30, #32, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. #33, #40, #44, #45, #47, #50, #52, #55, #650, #750, #850, #950, #960, #970, #980, #990, #1000 , #2200, #2300, #2350, #2400, #2600, #3050, #3150, #3250, #3600, #3750, #3950, #4000, #4010, OIL7B, OIL9B, OIL11B, OIL30B, OIL31B, etc. Printex 3, Printex 3 OP, Printex 30, Printex 30 OP, Printex 40, Printex 45, Printex 55, Printex 60, Printex 75, Printex 80, Printex manufactured by Evonik Degussa Japan Co., Ltd. x85, Printex90, Printex A, Printex L, Printex G, Printex P, Printex U , Printex V, PrintexG, SpecialBlack550, SpecialBlack350, SpecialBlack250, SpecialBlack100, SpecialBlack6, SpecialBlack5, SpecialBla ck4, Color Black FW1, Color Black FW2, Color Black FW2V, Color Black FW18, Color Black FW18, Color Black FW200, Color Black S160, Color Black S170, Monarch120, Monarch280, Monarch460, Monarch800, Monarch880, Monarch900, Monarch1000, Monarch1100, Monarch manufactured by Cabot Japan Co., Ltd. ch1300, Monarch1400, Monarch4630, REGAL99, REGAL99R, REGAL415, REGAL415R, REGAL250, REGAL250R, REGAL330, REGAL400R, REGAL55R0, REGAL660R, BLACK PEARLS480, PEARLS130, VULCAN VEN22RAVEN30, RAVEN35, RAVEN40, RAVEN410, RAVEN420, RAVEN450, RAVEN500, RAVEN780, RAVEN850, RAVEN890H, RAVEN1000, RAVEN1020, RAVEN1040, RAVEN1060U, RAVEN1080U, RAVEN1170, RAVEN1190U, RAVEN1250, RAVEN1500, RA Examples include VEN2000, RAVEN2500U, RAVEN3500, RAVEN5000, RAVEN5250, RAVEN5750, RAVEN7000, and the like.
[(b)カリックスアレーン化合物]
カリックスアレーン化合物は、後述する二重結合含有重合反応性モノマーの重合体に含有されている。重合体がカリックスアレーン化合物を含有していることは、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)や、ガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)により確認できる。
カリックスアレーン化合物は、下記式(1)で表される化合物が好ましい。
[(b) Calixarene compound]
The calixarene compound is contained in a polymer of a double bond-containing polymerizable monomer described later. The fact that the polymer contains a calixarene compound can be confirmed by gel permeation chromatography (GPC) or gas chromatography mass spectrometry (GC-MS).
The calixarene compound is preferably a compound represented by the following formula (1).
上記式(1)中のR1は、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基等のアルキル基;フェニル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基等が挙げられる。中でも、R1は、炭素数1~11のアルキル基又はアリール基であることが好ましく、炭素数が2~9である直鎖のアルキル基又はフェニル基であることがより好ましい。
R1が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。具体例としては後述するR2で例示する基が挙げられる。
Specifically, R 1 in the above formula (1) is a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, heptyl group. , octyl, nonyl, decyl, undecyl, and other alkyl groups; phenyl, naphthyl, anthryl, and other aryl groups. Among these, R 1 is preferably an alkyl group or aryl group having 1 to 11 carbon atoms, and more preferably a linear alkyl group having 2 to 9 carbon atoms or a phenyl group.
When R 1 has a substituent, examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, and an aralkyl group. Specific examples include the group exemplified by R 2 described below.
上記式(1)のR2及びR3はそれぞれ、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアラルキル基である。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基が挙げられる。炭素原子数は、例えば1~9が好ましい。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基が挙げられる。炭素原子数は、例えば1~9が好ましい。
R 2 and R 3 in the above formula (1) are each a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or an aralkyl group.
Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, and cyclohexyl group. The number of carbon atoms is preferably 1 to 9, for example.
Examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, and cyclohexyloxy group. The number of carbon atoms is preferably 1 to 9, for example.
アリール基としては、例えば、環を形成する炭素原子数が6~14であるものが挙げられる。アリール基は上述したアルキル基及びアルコキシ基や、ヒドロキシ基等の置換基を有していてもよい。具体的には、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシアルコキシフェニル基、アルコキシフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基が挙げられる。 Examples of the aryl group include those having 6 to 14 carbon atoms forming a ring. The aryl group may have a substituent such as the above-mentioned alkyl group, alkoxy group, or hydroxy group. Specific examples include phenyl group, hydroxyphenyl group, dihydroxyphenyl group, hydroxyalkoxyphenyl group, alkoxyphenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, hydroxynaphthyl group, and dihydroxynaphthyl group.
アラルキル基は、アルキル基(CnH2n+1)の水素原子の1つ以上がアリール基で置換されているアルキル基を意味する。該アリール基は上述したアルキル基及びアルコキシ基や、ヒドロキシ基等の置換基を有していてもよい。具体的には、フェニルメチル基、ヒドロキシフェニルメチル基、ジヒドロキシフェニルメチル基、トリルメチル基、キシリルメチル基、ナフチルメチル基、ヒドロキシナフチルメチル基、ジヒドロキシナフチルメチル基、フェニルエチル基、ヒドロキシフェニルエチル基、ジヒドロキシフェニルエチル基、トリルエチル基、キシリルエチル基、ナフチルエチル基、ヒドロキシナフチルエチル基、ジヒドロキシナフチルエチル基が挙げられる。炭素原子数は、例えば7~15が好ましい。 An aralkyl group means an alkyl group in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group (C n H 2n+1 ) are substituted with an aryl group. The aryl group may have a substituent such as the above-mentioned alkyl group, alkoxy group, or hydroxy group. Specifically, phenylmethyl group, hydroxyphenylmethyl group, dihydroxyphenylmethyl group, tolylmethyl group, xylylmethyl group, naphthylmethyl group, hydroxynaphthylmethyl group, dihydroxynaphthylmethyl group, phenylethyl group, hydroxyphenylethyl group, dihydroxyphenyl group. Examples include ethyl group, tolylethyl group, xylylethyl group, naphthylethyl group, hydroxynaphthylethyl group, and dihydroxynaphthylethyl group. The number of carbon atoms is preferably 7 to 15, for example.
一実施形態において、上記式(1)のR2及びR3は水素原子であることが好ましい。 In one embodiment, R 2 and R 3 in the above formula (1) are preferably hydrogen atoms.
上記式(1)で表される化合物は、下記式(2)で表されるレゾルシン誘導体(レゾルシンは慣用名であり、許容慣用名はレゾルシノール、IUPAC名は1,3-ジヒドロキシベンゼンである。)とアルデヒド化合物から合成できる。 The compound represented by the above formula (1) is a resorcin derivative represented by the following formula (2) (Resorcin is a common name, the accepted common name is resorcinol, and the IUPAC name is 1,3-dihydroxybenzene.) It can be synthesized from and aldehyde compounds.
一実施形態において、上記式(2)で表される化合物のR2及びR3は共に水素原子であることが好ましい。
また、一実施形態において、アルデヒド化合物は、置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいアリール基を有するアルデヒド化合物が好ましく、炭素数1~12のアルキル基又はアリール基を有するアルデヒド化合物がより好ましく、炭素数3~10のアルキル基を有する脂肪族アルデヒド化合物又はフェニル基を有するアルデヒド化合物を用いることがさらに好ましい。
In one embodiment, both R 2 and R 3 of the compound represented by the above formula (2) are preferably hydrogen atoms.
In one embodiment, the aldehyde compound preferably has an alkyl group that may have a substituent or an aryl group that may have a substituent, and the aldehyde compound preferably has an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an aryl group that may have a substituent. An aldehyde compound having an aryl group is more preferred, and an aliphatic aldehyde compound having an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms or an aldehyde compound having a phenyl group is even more preferred.
カリックスアレーン化合物は、1種で使用してもよく、また、2種以上を組み合わせて使用してもよい。カリックスアレーン化合物は市販品として入手することができ、また、公知の合成方法によっても入手することができる。
カリックスアレーン化合物の配合量は、(a)カーボンブラック、(b)カリックスアレーン化合物及び(c)二重結合含有重合反応性モノマーの合計質量に対し、0.1質量%以上20質量%以下の範囲であることが好ましく、0.5質量%以上10質量%以下の範囲であることがより好ましい。
The calixarene compounds may be used alone or in combination of two or more. Calixarene compounds can be obtained as commercial products or by known synthetic methods.
The blending amount of the calixarene compound is in the range of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less based on the total mass of (a) carbon black, (b) calixarene compound, and (c) double bond-containing polymerizable reactive monomer. It is preferable that it is, and it is more preferable that it is the range of 0.5 mass % or more and 10 mass % or less.
[(c)二重結合含有重合反応性モノマーの重合体]
二重結合含有重合反応性モノマーの重合体は、カーボンブラックの表面の全部又は一部を覆うように(コア-シェル構造)存在する。
重合体がカーボンブラックの表面の全部又は一部に存在することは、熱重量測定装置(TGA)評価による重量減少により確認できる。
二重結合含有重合反応性モノマーの重合体は、該モノマーを重合させてなるオリゴマーであってもよく、ポリマーであってもよい。ここで、オリゴマーとは重合度が2~100程度の重合体を意味し、ポリマーとは重合度が100超である重合体を意味する。
[(c) Polymer of double bond-containing polymerizable monomer]
The polymer of the double bond-containing polymerizable monomer is present so as to cover all or part of the surface of the carbon black (core-shell structure).
The presence of the polymer on all or part of the surface of the carbon black can be confirmed by weight loss as assessed by thermogravimetry (TGA).
The polymer of the double bond-containing polymerizable monomer may be an oligomer obtained by polymerizing the monomer, or may be a polymer. Here, the term "oligomer" refers to a polymer having a degree of polymerization of about 2 to 100, and the term "polymer" refers to a polymer having a degree of polymerization of more than 100.
二重結合含有重合反応性モノマーとしては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン等のスチレン化合物、ジビニルベンゼン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸グリシジルやグリシジルビニルエーテル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、4-ビニルシクロヘキセン1,2-エポキシド、エポキシシクロヘキセニル(メタ)アクリレート、2-オキセタニルプロピル(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸1,3ブチレングリコール等が挙げられる。なかでも、スチレン化合物又は(メタ)アクリレートが好ましい。
二重結合含有重合反応性モノマーは、1種を単独で用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of double bond-containing polymerization-reactive monomers include styrene compounds such as styrene, α-methylstyrene, and p-methylstyrene, divinylbenzene, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl (meth)acrylate, and (meth)acrylic acid. Ethyl, butyl (meth)acrylate, glycidyl (meth)acrylate, glycidyl vinyl ether, hydroxyethyl (meth)acrylate, hydroxybutyl (meth)acrylate, 4-vinylcyclohexene 1,2-epoxide, epoxycyclohexenyl (meth)acrylate, ) acrylate, 2-oxetanylpropyl (meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, 1,3-butylene glycol di(meth)acrylate, and the like. Among these, styrene compounds or (meth)acrylates are preferred.
The double bond-containing polymerization-reactive monomers may be used singly or in combination of two or more.
本発明の一実施形態において、二重結合含有重合反応性モノマーの重合体の重量平均分子量は、300以上が好ましく、5,000以下であることが好ましい。
本発明の一実施形態において、(c)二重結合含有重合反応性モノマーの重合体の平均重合度は、3以上が好ましく、50以下であることが好ましい。
In one embodiment of the present invention, the weight average molecular weight of the polymer of the double bond-containing polymerizable monomer is preferably 300 or more, and preferably 5,000 or less.
In one embodiment of the present invention, the average degree of polymerization of the polymer of (c) the double bond-containing polymerization-reactive monomer is preferably 3 or more, and preferably 50 or less.
本発明の一実施形態において、二重結合含有重合反応性モノマーの重合体の配合量は、(a)カーボンブラック、(b)カリックスアレーン化合物及び(c)二重結合含有重合反応性モノマーの合計質量に対し、5質量%以上50質量%以下の範囲であることが好ましく、10質量%以上30質量%以下の範囲であることがより好ましい。 In one embodiment of the present invention, the amount of the polymer of the double bond-containing polymerizable monomer is the sum of (a) carbon black, (b) calixarene compound, and (c) double bond-containing polymerizable monomer. It is preferably in the range of 5% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably in the range of 10% by mass or more and 30% by mass or less, based on the mass.
一実施形態において、表面修飾カーボンブラックは、実質的に(a)カーボンブラック、(b)カリックスアレーン化合物及び(c)二重結合含有重合反応性モノマーの重合体のみからなっていてもよい。
ここで、実質的に成分(a)~(c)のみからなるとは、表面修飾カーボンブラックに占める成分(a)~(c)の割合が90質量%以上、95質量%以上、99質量%以上又は100質量%であることを意味する。なお、成分(a)~(c)の割合が100質量%である場合、不可避的不純物を含んでいてもよい。
In one embodiment, the surface-modified carbon black may consist essentially only of a polymer of (a) carbon black, (b) a calixarene compound, and (c) a double bond-containing polymerizable monomer.
Here, "substantially consisting only of components (a) to (c)" means that the proportion of components (a) to (c) in the surface-modified carbon black is 90% by mass or more, 95% by mass or more, 99% by mass or more Or it means 100% by mass. Note that when the proportion of components (a) to (c) is 100% by mass, unavoidable impurities may be included.
本発明の表面修飾カーボンブラックは、遮光性、導電性、耐久性、漆黒性等が要求される分野、例えば、グラビアインキ、オフセットインキ、磁気記録媒体用バックコート、静電トナー、インクジェット、自動車用塗料、導電性カーボンブラック、液晶表示素子・センサー向け着色顔料、遮光材料、ブラックレジスト、塗料、プラスチック成型材料、印刷インキ、包装材、粘着剤、負極材等に好適に使用することができる。 The surface-modified carbon black of the present invention can be used in fields where light-shielding properties, conductivity, durability, jet blackness, etc. are required, such as gravure ink, offset ink, back coat for magnetic recording media, electrostatic toner, inkjet, and automobile use. It can be suitably used in paints, conductive carbon black, coloring pigments for liquid crystal display elements and sensors, light shielding materials, black resists, paints, plastic molding materials, printing inks, packaging materials, adhesives, negative electrode materials, etc.
2.表面修飾カーボンブラックの製造方法
本発明の一実施形態に係る表面修飾カーボンブラックの製造方法は、(A)カーボンブラック、(B)カリックスアレーン化合物、(C)二重結合含有重合反応性モノマー、(D)溶剤及び(E)重合開始剤を含む混合物(反応系)を調製して、(C)二重結合含有重合反応性モノマーを重合させる工程を有する。
2. Method for producing surface-modified carbon black A method for producing surface-modified carbon black according to an embodiment of the present invention includes (A) carbon black, (B) a calixarene compound, (C) a double bond-containing polymerization-reactive monomer, ( D) Preparing a mixture (reaction system) containing a solvent and (E) a polymerization initiator, and (C) polymerizing a double bond-containing polymerizable monomer.
本実施形態では、カリックスアレーン化合物の存在下、二重結合含有重合反応性モノマーを重合させることにより、カーボンブラックの分散性が向上する。これは、カーボンブラック表面の一部又は全部が、二重結合含有重合反応性モノマーの重合体で被覆された状態となったためである。カリックスアレーン化合物を配合しない場合、本発明の効果は発現しない。重合反応において、カリックスアレーン化合物がどのように関与しているかは定かではないが、化学結合や分子間相互作用によりカーボンブラック表面にカリックスアレーン化合物が吸着し、又はカーボンブラックの周囲にカリックスアレーン化合物が存在することにより、カーボンブラック表面の全部又は一部で二重結合含有重合反応性モノマーの重合反応が発生すると推測される。また、式(1)で表されるカリックスアレーン化合物は、上記のようにカーボンブラック及び二重結合含有重合反応性モノマーの反応を介在していると推測できることから、ある種の触媒作用のような効果をもたらしていると推測される。 In this embodiment, the dispersibility of carbon black is improved by polymerizing a double bond-containing polymerizable monomer in the presence of a calixarene compound. This is because part or all of the surface of the carbon black was coated with the polymer of the double bond-containing polymerization-reactive monomer. If a calixarene compound is not blended, the effects of the present invention will not be exhibited. It is not clear how calixarene compounds are involved in the polymerization reaction, but calixarene compounds are adsorbed onto the carbon black surface due to chemical bonds or intermolecular interactions, or calixarene compounds are surrounded by carbon black. It is presumed that the presence of the carbon black causes the polymerization reaction of the double bond-containing polymerization-reactive monomer to occur on all or part of the carbon black surface. In addition, since it can be assumed that the calixarene compound represented by formula (1) mediates the reaction of carbon black and the double bond-containing polymerizable monomer as described above, it is assumed that the calixarene compound represented by formula (1) has a kind of catalytic action. It is assumed that this is having an effect.
本実施形態において、(A)カーボンブラック、(B)カリックスアレーン化合物及び(C)二重結合含有重合反応性モノマーの詳細及び配合量は、上述した表面修飾カーボンブラックの(a)カーボンブラック、(b)カリックスアレーン化合物及び(c)二重結合含有重合反応性モノマーと同様である。 In this embodiment, the details and blending amounts of (A) carbon black, (B) calixarene compound, and (C) double bond-containing polymerization-reactive monomer are as follows: (a) carbon black, ( The same applies to b) calixarene compounds and (c) double bond-containing polymerizable reactive monomers.
[(D)溶剤]
溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、2-ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、ブチロラクトン等のケトン類;メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、iso-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール、iso-ブチルアルコ-ル、tert-ブチルアルコール、ペンタノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール等のアルコール類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル等のアルコールエーテル類;蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル等のエステル類、2-オキシプロピオン酸メチル、2-オキシプロピオン酸エチル、2-オキシプロピオン酸プロピル、2-オキシプロピオン酸ブチル、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-メトキシプロピオン酸ブチル等のモノカルボン酸エステル類;セロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等のセロソルブエステル類;プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコール類;ジエチレルグリコールモノメチルエーテル、ジエチレルグリコールモノエチルエーテル、ジエチレルグリコールジメチルエーテル、ジエチレルグリコールジエチルエーテル、ジエチレルグリコールメチルエチルエーテル等のジエチレングリコール類;トルエン、キシレン等の芳香族類;ジメチルアセチアミド、ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等の極性溶剤が挙げられる。
上記の溶剤の選択は、沸点、原料を考慮して適宜選択される。
上記の溶剤は、1種単独で用いることも2種以上併用することもできる。
(D)溶剤の配合量は、成分(A)~(C)及び(E)の合計100質量部に対し、30質量部以上150質量部以下の範囲であることが好ましい。
[(D) Solvent]
Examples of the solvent include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, cycloheptanone, 2-heptanone, methyl isobutyl ketone, and butyrolactone; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, iso-propyl alcohol, n- Alcohols such as butyl alcohol, iso-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol; Ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, dioxane; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Alcohol ethers such as glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether; ethyl formate, propyl formate, butyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate , esters such as propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, butyl butyrate, propyl butyrate, ethyl lactate, butyl lactate, methyl 2-oxypropionate, 2 - Monos such as ethyl oxypropionate, propyl 2-oxypropionate, butyl 2-oxypropionate, methyl 2-methoxypropionate, ethyl 2-methoxypropionate, propyl 2-methoxypropionate, butyl 2-methoxypropionate, etc. Carboxylic acid esters; cellosolve esters such as cellosolve acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate; propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene Propylene glycols such as glycol monobutyl ether acetate; diethylene glycols such as diethyler glycol monomethyl ether, diethyler glycol monoethyl ether, diethyler glycol dimethyl ether, diethyler glycol diethyl ether, diethyler glycol methyl ethyl ether; Examples include aromatics such as toluene and xylene; polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methylacetamide, and N-methylpyrrolidone.
The above solvent is appropriately selected in consideration of the boiling point and raw materials.
The above solvents can be used alone or in combination of two or more.
The amount of the solvent (D) to be blended is preferably in the range of 30 parts by mass or more and 150 parts by mass or less, based on a total of 100 parts by mass of components (A) to (C) and (E).
[(E)重合開始剤]
重合開始剤としては、種々のものを使用することができ、例えば、過酸化アセチル、過酸化ジアシル、過酸化クミル、過酸化t-ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化2-クロロベンゾイル、過酸化3-クロロベンゾイル、過酸化4-クロロベンゾイル、過酸化2,4-ジクロロベンゾイル、過酸化4-ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート、1-フェニル-2-メチルプロピル-1-ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸t-ブチル、t-ブチルヒドロペルオキシド、過ギ酸t-ブチル、過酢酸t-ブチル、過安息香酸t-ブチル、過2-エチルヘキサン酸t-ブチル、過フェニル酢酸t-ブチル、過4-メトキシ酢酸t-ブチル等の過酸化物;2,2’-ジクロロ-2,2’-アゾビスプロパン、1,1’-アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)硝酸塩、2,2’-アゾビスイソブタン、2,2’-アゾビスイソブチルアミド、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス-2-メチルプロピオン酸メチル、2,2’-ジクロロ-2,2’-アゾビスブタン、2,2’-アゾビス-2-メチルブチロニトリル、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、2-(4-メチルフェニルアゾ)-2-メチルマロノジニトリル、4,4’-アゾビス-4-シアノ吉草酸、3,5-ジヒドロキシメチルフェニルアゾ-2-メチルマロノジニトリル、1,1’-アゾビス-1-シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’-アゾビス-1-フェニルエタン、1,1’-アゾビスクメン、4-ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フエニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4-ニトロトリフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’-アゾビス-1,2-ジフェニルエタン等のアゾ化合物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソ酪酸ジメチル、フェニルアゾトリフェニルメタン等のアゾ化合物、Mn(acac)3等の金属キレート化合物等が挙げられる。
必要に応じて、ラウリルメルカプタン、チオグリセロール、2-メルカプトエタノール、エチルチオグリコール酸、オクチルチオグリコール酸等の連鎖移動剤や、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のカップリング基を有するチオール化合物を連鎖移動剤等の添加剤として用いてもよい。
(E)重合開始剤の配合量は、成分(C)100質量部に対し、0.1質量部以上5質量部以下の範囲であることが好ましい。
[(E) Polymerization initiator]
Various polymerization initiators can be used, such as acetyl peroxide, diacyl peroxide, cumyl peroxide, t-butyl peroxide, propionyl peroxide, benzoyl peroxide, and 2-chlorobenzoyl peroxide. , 3-chlorobenzoyl peroxide, 4-chlorobenzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, 4-bromomethylbenzoyl peroxide, lauroyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, tetralin hydroperoxide, t-butylperoxy-2 -Ethylhexanoate, 1-phenyl-2-methylpropyl-1-hydroperoxide, t-butyl pertriphenylacetate, t-butyl hydroperoxide, t-butyl performate, t-butyl peracetate, t-perbenzoate -butyl, peroxides such as t-butyl per-2-ethylhexanoate, t-butyl perphenylacetate, and t-butyl per-4-methoxyacetate; 2,2'-dichloro-2,2'-azobispropane, 1,1'-azo(methylethyl) diacetate, 2,2'-azobis(2-amidinopropane) nitrate, 2,2'-azobisisobutane, 2,2'-azobisisobutyramide, 2,2' -Azobisisobutyronitrile, methyl 2,2'-azobis-2-methylpropionate, 2,2'-dichloro-2,2'-azobisbutane, 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile, Dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, 2-(4-methylphenylazo)-2-methylmalonodinitrile, 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid, 3, 5-dihydroxymethylphenylazo-2-methylmalonodinitrile, 1,1'-azobis-1-cyclohexanecarbonitrile, 1,1'-azobis-1-phenylethane, 1,1'-azobiscumene, 4-nitrophenyl Azo compounds such as ethyl azobenzylcyanoacetate, phenyl azodiphenylmethane, phenylazotriphenylmethane, 4-nitrotriphenylazotriphenylmethane, 1,1'-azobis-1,2-diphenylethane, azobisisobutyro Examples include azo compounds such as nitrile, dimethyl azobisisobutyrate, and phenylazotriphenylmethane, and metal chelate compounds such as Mn(acac) 3 .
If necessary, a chain transfer agent such as lauryl mercaptan, thioglycerol, 2-mercaptoethanol, ethylthioglycolic acid, octylthioglycolic acid, or a thiol compound having a coupling group such as γ-mercaptopropyltrimethoxysilane may be added to the chain. It may also be used as an additive such as a transfer agent.
The amount of the polymerization initiator (E) to be blended is preferably in the range of 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of component (C).
本実施形態では、上記の各成分を含む混合物を、例えば、加熱しながら混合撹拌することにより、(C)二重結合含有重合反応性モノマーを重合させる。混合撹拌の方法としては、公知の方法により行うことが好ましい。 In this embodiment, the double bond-containing polymerizable monomer (C) is polymerized by, for example, mixing and stirring a mixture containing the above-mentioned components while heating. As the method of mixing and stirring, it is preferable to use a known method.
本実施形態の製造方法において、反応温度は使用する各原料により異なるが、反応速度、溶剤選択性(溶剤沸点)、ゲル化防止の観点から、40℃以上200℃以下で行うことが好ましい。より好ましくは70℃以上170℃以下である。
本発明の製造方法において、反応時間は、反応の完全終了、反応再現性、製造時費用の観点から、好ましくは4時間以上、より好ましくは12時間以上である。また、好ましくは32時間以下、より好ましくは24時間以下である。
反応終了後は得られた固形物について水洗や再沈殿操作、乾燥を行い、表面修飾カーボンブラックを精製することが好ましい。
In the production method of this embodiment, the reaction temperature varies depending on each raw material used, but from the viewpoints of reaction rate, solvent selectivity (solvent boiling point), and prevention of gelation, it is preferably carried out at 40° C. or higher and 200° C. or lower. More preferably, the temperature is 70°C or higher and 170°C or lower.
In the production method of the present invention, the reaction time is preferably 4 hours or longer, more preferably 12 hours or longer, from the viewpoints of complete reaction completion, reaction reproducibility, and manufacturing costs. Moreover, it is preferably 32 hours or less, more preferably 24 hours or less.
After the reaction is completed, it is preferable to purify the surface-modified carbon black by washing the obtained solid with water, reprecipitation, and drying.
3.カーボンブラック分散体
本発明の一実施形態に係るカーボンブラック分散体(以下、単に「分散体」という場合がある)は、上記の表面修飾カーボンブラック及び分散媒を含む分散体である。
分散媒としては本発明の表面修飾カーボンブラックを分散可能な液体であれば特に限定されないが、例えば、上述した本発明の表面修飾カーボンブラックの製造方法で使用される溶剤が好ましい。
分散媒は1種のみ使用してもよく、また、2種以上を混合して使用してもよい。
3. Carbon black dispersion The carbon black dispersion (hereinafter, sometimes simply referred to as "dispersion") according to one embodiment of the present invention is a dispersion containing the above-mentioned surface-modified carbon black and a dispersion medium.
The dispersion medium is not particularly limited as long as it is a liquid in which the surface-modified carbon black of the present invention can be dispersed, but, for example, the solvent used in the method for producing the surface-modified carbon black of the present invention described above is preferred.
Only one type of dispersion medium may be used, or two or more types may be used in combination.
カーボンブラック分散体における表面修飾カーボンブラックの濃度は、特に限定はなく、カーボンブラックの用途に合わせて適宜調整することができる。通常、分散媒100質量部に対し1質量部以上50質量部以下である。 The concentration of surface-modified carbon black in the carbon black dispersion is not particularly limited and can be adjusted as appropriate depending on the use of the carbon black. Usually, the amount is 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less per 100 parts by mass of the dispersion medium.
表面修飾カーボンブラックを分散媒に分散させる方法としては特に限定されず、公知の方法を採用することができる。分散機としては、例えば、せん断応力によりカーボンブラック粒子を微分散させる3本ロールミルや2本ロールミル、ガラスビーズやジルコニアビーズ等のメディアの衝撃力によりカーボンブラック粒子を微分散させるボールミル、アトライター、サンドミル、コボールミル、バスケットミル、振動ミル、ペイントコンディショナー等や、せん断応力、キャビテーション、衝突力、ポテンシャルコア等を発生させるような回転羽根によって微分散させるディスパー、ホモジナイザー、クレアミックス(R)等や、カーボンブラック粒子同士又はカーボンブラック粒子とビヒクルや分散機壁面の衝突力やせん断力によって微分散させるニーダー、エクストルーダー、ジェットミル等や、超音波により微分散させる超音波分散機等を挙げることができるが、これに限定されるものではない。 The method for dispersing surface-modified carbon black in a dispersion medium is not particularly limited, and any known method can be employed. Dispersing machines include, for example, three-roll mills and two-roll mills that finely disperse carbon black particles using shear stress, ball mills, attritors, and sand mills that finely disperse carbon black particles using impact force of media such as glass beads or zirconia beads. , coball mill, basket mill, vibration mill, paint conditioner, etc.; dispers, homogenizers, Clearmix (R), etc. that use rotating blades that generate shear stress, cavitation, collision force, potential core, etc., and carbon black. Examples include kneaders, extruders, jet mills, etc. that finely disperse particles or carbon black particles by collision force or shear force between the vehicle or the wall of the disperser, and ultrasonic dispersion machines that finely disperse particles using ultrasonic waves. It is not limited to this.
本実施形態に係るカーボンブラック分散体は、上述した表面修飾カーボンブラック及び分散媒以外の成分を含んでもよい。例えば、バインダー成分、分散剤、潤滑剤、活性剤、架橋剤、レベリング剤、消泡剤、溶剤、潤滑剤、レベリング剤、消泡剤、防腐剤等が挙げられる。 The carbon black dispersion according to this embodiment may contain components other than the surface-modified carbon black and dispersion medium described above. Examples include a binder component, a dispersant, a lubricant, an activator, a crosslinking agent, a leveling agent, an antifoaming agent, a solvent, a lubricant, a leveling agent, an antifoaming agent, and a preservative.
4.ブラックレジスト組成物
本発明の一実施形態に係るブラックレジスト組成物は、本発明の表面修飾カーボンブラックを含む。
本実施形態では、本発明の表面修飾カーボンブラックが優れた分散性及び分散安定性を有することにより、光沢があり、またムラのない塗膜(硬化物)を形成することができる。
本実施形態のブラックレジスト組成物は、本発明の表面修飾カーボンブラックを含んでいればよく、他の成分等は特に限定されない。また、本実施形態のブラックレジスト組成物は、公知の方法により製造することができる。例えば、特開2015-227406号公報を参照できる。
4. Black Resist Composition A black resist composition according to one embodiment of the present invention contains the surface-modified carbon black of the present invention.
In this embodiment, since the surface-modified carbon black of the present invention has excellent dispersibility and dispersion stability, a glossy and even coating film (cured product) can be formed.
The black resist composition of the present embodiment only needs to contain the surface-modified carbon black of the present invention, and other components are not particularly limited. Moreover, the black resist composition of this embodiment can be manufactured by a known method. For example, Japanese Patent Application Publication No. 2015-227406 can be referred to.
本実施形態のブラックレジスト組成物は、本発明の表面修飾カーボンブラック、アルカリ可溶性樹脂、溶媒、重合性化合物、光重合開始剤等、公知の構成部材を含む。
アルカリ可溶性樹脂とは、レジストのパターン化時に使用する現像液であるアルカリ性溶液に対して可溶な樹脂である。
アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノール、フロログリシノール、ハイドロキノン等の芳香族ヒドロキシ化合物誘導体とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド化合物とを縮合して得られるノボラック樹脂;o-ビニルフェノール、m-ビニルフェノール、p-ビニルフェノール、α-メチルビニルフェノール等のビニルフェノール化合物誘導体の重合体又は共重合体;アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸系重合体又は共重合体;ポリビニルアルコール;これら各種樹脂の水酸基の一部を介してキノンジアジド基、ナフトキノンアジド基、芳香族アジド基、芳香族シンナモイル基等の放射性線感応性基を導入した変性樹脂;分子中にカルボン酸、スルホン酸等の酸性基を含むウレタン樹脂;フルオレン骨格、エポキシ(メタ)アクリレート及び酸無水物重縮合体を有する樹脂等が挙げられる。
これらアルカリ可溶性樹脂は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The black resist composition of the present embodiment contains known constituent members such as the surface-modified carbon black of the present invention, an alkali-soluble resin, a solvent, a polymerizable compound, and a photopolymerization initiator.
The alkali-soluble resin is a resin that is soluble in an alkaline solution that is a developer used when patterning a resist.
Examples of alkali-soluble resins include novolak resins obtained by condensing aromatic hydroxy compound derivatives such as phenol, cresol, xylenol, resorcinol, phloroglycinol, and hydroquinone with aldehyde compounds such as formaldehyde, acetaldehyde, and benzaldehyde; Polymers or copolymers of vinylphenol compound derivatives such as vinylphenol, m-vinylphenol, p-vinylphenol, and α-methylvinylphenol; (meth)acrylics such as acrylic acid, methacrylic acid, and hydroxyethyl (meth)acrylate. Acid-based polymers or copolymers; polyvinyl alcohol; modified products in which radioactive ray-sensitive groups such as quinonediazide groups, naphthoquinone azide groups, aromatic azide groups, and aromatic cinnamoyl groups are introduced through some of the hydroxyl groups of these various resins. Resin; Urethane resin containing acidic groups such as carboxylic acid and sulfonic acid in the molecule; Resin having a fluorene skeleton, epoxy (meth)acrylate, and acid anhydride polycondensate, and the like.
These alkali-soluble resins may be used alone or in combination of two or more.
ブラックレジスト組成物用の溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、2-ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、ブチロラクトン等のケトン類;メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、iso-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール、iso-ブチルアルコ-ル、tert-ブチルアルコール、ペンタノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール等のアルコール類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル等のアルコールエーテル類;蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル等のエステル類、2-オキシプロピオン酸メチル、2-オキシプロピオン酸エチル、2-オキシプロピオン酸プロピル、2-オキシプロピオン酸ブチル、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-メトキシプロピオン酸ブチル等のモノカルボン酸エステル類;セロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等のセロソルブエステル類;プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコール類;ジエチレルグリコールモノメチルエーテル、ジエチレルグリコールモノエチルエーテル、ジエチレルグリコールジメチルエーテル、ジエチレルグリコールジエチルエーテル、ジエチレルグリコールメチルエチルエーテル等のジエチレングリコール類;トリクロロエチレン、フロン溶剤、HCFC、HFC等のハロゲン化炭化水素類;パーフロロオクタンの様な完全フッ素化溶剤類、トルエン、キシレン等の芳香族類;ジメチルアセチアミド、ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等の極性溶剤が挙げられる。
これらの溶剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of the solvent for the black resist composition include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, cycloheptanone, 2-heptanone, methyl isobutyl ketone, and butyrolactone; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, and - Alcohols such as propyl alcohol, n-butyl alcohol, iso-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol; ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, dioxane; Alcohol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether; ethyl formate, propyl formate, butyl formate, methyl acetate , esters such as ethyl acetate, butyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, butyl butyrate, propyl butyrate, ethyl lactate, butyl lactate, 2- Methyl oxypropionate, ethyl 2-oxypropionate, propyl 2-oxypropionate, butyl 2-oxypropionate, methyl 2-methoxypropionate, ethyl 2-methoxypropionate, propyl 2-methoxypropionate, 2-methoxy Monocarboxylic acid esters such as butyl propionate; cellosolve esters such as cellosolve acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate; propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol Propylene glycols such as monoethyl ether acetate and propylene glycol monobutyl ether acetate; diethyler glycol monomethyl ether, diethyler glycol monoethyl ether, diethyler glycol dimethyl ether, diethyler glycol diethyl ether, diethyler glycol methyl ethyl Diethylene glycols such as ether; halogenated hydrocarbons such as trichloroethylene, chlorofluorocarbon solvents, HCFC, HFC; fully fluorinated solvents such as perfluorooctane; aromatics such as toluene and xylene; dimethylacetamide, dimethylformamide, Examples include polar solvents such as N-methylacetamide and N-methylpyrrolidone.
These solvents may be used alone or in combination of two or more.
重合性化合物とは、例えば紫外線等の活性エネルギー線照射により重合又は架橋反応可能な光重合性官能基を有する化合物である。
上記の重合性化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸、モノヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル、芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル、不飽和カルボン酸と多価カルボン酸及び前述の脂肪族ポリヒドロキシ化合物、芳香族ポリヒドロキシ化合物等の多価ヒドロキシ化合物とのエステル化反応により得られるエステル、ポリイソシアネート化合物と(メタ)アクリロイル基含有ヒドロキシ化合物とを反応させたウレタン骨格を有する重合性化合物、酸基を有する重合性化合物等が挙げられる。
重合性化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The polymerizable compound is a compound having a photopolymerizable functional group that can be polymerized or crosslinked by irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays.
Examples of the above polymerizable compounds include unsaturated carboxylic acids such as (meth)acrylic acid, esters of monohydroxy compounds and unsaturated carboxylic acids, esters of aliphatic polyhydroxy compounds and unsaturated carboxylic acids, and aromatic compounds. Esters obtained by esterification reactions between polyhydroxy compounds and unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acids and polyhydric carboxylic acids, and polyhydric hydroxy compounds such as the aforementioned aliphatic polyhydroxy compounds and aromatic polyhydroxy compounds. , a polymerizable compound having a urethane skeleton obtained by reacting a polyisocyanate compound with a (meth)acryloyl group-containing hydroxy compound, a polymerizable compound having an acid group, and the like.
The polymerizable compounds may be used alone or in combination of two or more.
前記脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
また、これらアクリレートの(メタ)アクリル酸の部分を、イタコン酸に代えたイタコン酸エステル、クロトン酸に代えたクロトン酸エステル、或いは、マレイン酸に代えたマレイン酸エステル等も挙げられる。
Examples of the ester of the aliphatic polyhydroxy compound and unsaturated carboxylic acid include ethylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, and trimethylolethane tri(meth)acrylate. meth)acrylate, pentaerythritol di(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa Examples include (meth)acrylic acid esters such as (meth)acrylate and glycerol (meth)acrylate.
Also included are itaconic acid esters in which the (meth)acrylic acid portion of these acrylates is replaced with itaconic acid, crotonic acid esters in which crotonic acid is replaced, or maleic esters in which the (meth)acrylic acid portion is replaced with maleic acid.
前記芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルとしては、例えば、ハイドロキノンジ(メタ)アクリレート、レゾルシンジ(メタ)アクリレート、ピロガロールトリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
不飽和カルボン酸、多価カルボン酸及び多価ヒドロキシ化合物のエステル化反応により得られるエステルは、単一物であっても、混合物であってもよい。このようなエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、フタル酸及びエチレングリコールから得られるエステル、(メタ)アクリル酸、マレイン酸及びジエチレングリコールから得られるエステル、(メタ)アクリル酸、テレフタル酸及びペンタエリスリトールから得られるエステル、(メタ)アクリル酸、アジピン酸、ブタンジオール及びグリセリンから得られるエステル等が挙げられる。
Examples of the ester of the aromatic polyhydroxy compound and unsaturated carboxylic acid include hydroquinone di(meth)acrylate, resorcin di(meth)acrylate, and pyrogallol tri(meth)acrylate.
The ester obtained by the esterification reaction of an unsaturated carboxylic acid, a polyhydric carboxylic acid, and a polyhydric hydroxy compound may be a single substance or a mixture. Such esters include, for example, esters obtained from (meth)acrylic acid, phthalic acid and ethylene glycol, esters obtained from (meth)acrylic acid, maleic acid and diethylene glycol, (meth)acrylic acid, terephthalic acid and penta Examples include esters obtained from erythritol, esters obtained from (meth)acrylic acid, adipic acid, butanediol, and glycerin.
前記ポリイソシアネート化合物と(メタ)アクリロイル基含有ヒドロキシ化合物とを反応させたウレタン骨格を有する重合性化合物としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートと、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ〔1,1,1-トリ(メタ)アクリロイルオキシメチル〕プロパン等の(メタ)アクリロイル基を有するヒドロキシ化合物との反応物が挙げられる。 Examples of the polymerizable compound having a urethane skeleton obtained by reacting the polyisocyanate compound with a (meth)acryloyl group-containing hydroxy compound include aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate and trimethylhexamethylene diisocyanate; fatty acids such as cyclohexane diisocyanate and isophorone diisocyanate; Cyclic diisocyanates; aromatic diisocyanates such as tolylene diisocyanate and diphenylmethane diisocyanate; and (meth)acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate and 3-hydroxy[1,1,1-tri(meth)acryloyloxymethyl]propane. Examples include reactants with hydroxy compounds having an acryloyl group.
前記酸基を有する重合性化合物としては、例えば、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルであり、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応の水酸基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせた多官能重合性化合物が好ましい。当該多官能重合性化合物の調製に用いる脂肪族ポリヒドロキシ化合物としてはペンタエリスリトール又はジペンタエリスリトールが好ましい。
前記多官能重合性化合物の酸価は、現像性、硬化性等が良好となることから、0.1~40の範囲が好ましく、5~30の範囲がより好ましい。酸基を有する多官能重合性化合物を2種以上併用する場合、及び酸基を有する多官能重合性化合物と酸基を有しない多官能重合性化合物を併用する場合には、重合性化合物の混合物の酸価が上記の範囲内になるようにすることが好ましい。
The polymerizable compound having an acid group is, for example, an ester of an aliphatic polyhydroxy compound and an unsaturated carboxylic acid, and the unreacted hydroxyl group of the aliphatic polyhydroxy compound is reacted with a non-aromatic carboxylic acid anhydride. A polyfunctional polymerizable compound having an acid group is preferred. The aliphatic polyhydroxy compound used for preparing the polyfunctional polymerizable compound is preferably pentaerythritol or dipentaerythritol.
The acid value of the polyfunctional polymerizable compound is preferably in the range of 0.1 to 40, more preferably in the range of 5 to 30, since it provides good developability, curability, etc. When using two or more types of polyfunctional polymerizable compounds having an acid group together, or when using a polyfunctional polymerizable compound having an acid group and a polyfunctional polymerizable compound not having an acid group together, a mixture of polymerizable compounds is used. It is preferable that the acid value of is within the above range.
前記酸基を有する重合性化合物の具体例としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びジペンタエリスリトールペンタアクリレートのコハク酸エステルを主成分とする混合物が挙げられ、当該混合物はアロニックスTO-1382(東亞合成株式会社製)として市販されている。 Specific examples of the polymerizable compound having an acid group include a mixture containing dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, and a succinic acid ester of dipentaerythritol pentaacrylate as a main component, and the mixture is Aronix TO -1382 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.).
上記以外の重合性化合物として、エチレンビス(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;フタル酸ジアリル等のアリルエステル;ジビニルフタレート等のビニル基を有する化合物等が挙げられる。 Examples of polymerizable compounds other than those mentioned above include (meth)acrylamides such as ethylene bis(meth)acrylamide; allyl esters such as diallyl phthalate; and compounds having a vinyl group such as divinyl phthalate.
重合性化合物の含有量は、レジスト組成物全固形分中の5~80質量%の範囲であることが好ましく、10~70質量%の範囲であることがより好ましく、20~50質量%の範囲であることがさらに好ましい。 The content of the polymerizable compound is preferably in the range of 5 to 80% by mass, more preferably in the range of 10 to 70% by mass, and more preferably in the range of 20 to 50% by mass based on the total solid content of the resist composition. It is more preferable that
光重合開始剤とは、露光によって結合開裂及び/又は反応してラジカルを発生する化合物をいう。光重合開始剤を含有させることで、露光部の硬化が促進されて、感度を向上させることができる。 A photopolymerization initiator refers to a compound that generates radicals by bond cleavage and/or reaction upon exposure to light. By containing a photopolymerization initiator, curing of exposed areas is promoted and sensitivity can be improved.
光重合開始剤は特に限定されず、公知の光重合開始剤を使用することができる。光重合開始剤として、例えば、ベンジルケタール系光重合開始剤、α-ヒドロキシケトン系光重合開始剤、α-アミノケトン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤、アクリジン系光重合開始剤、チタノセン系光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、アセトフェノン系光重合開始剤、芳香族ケトエステル系光重合開始剤又は安息香酸エステル系光重合開始剤等が挙げられる。 The photopolymerization initiator is not particularly limited, and any known photopolymerization initiator can be used. Examples of photopolymerization initiators include benzyl ketal photopolymerization initiators, α-hydroxyketone photopolymerization initiators, α-aminoketone photopolymerization initiators, acylphosphine oxide photopolymerization initiators, and oxime ester photopolymerization initiators. Examples include acridine-based photopolymerization initiators, titanocene-based photopolymerization initiators, benzophenone-based photopolymerization initiators, acetophenone-based photopolymerization initiators, aromatic ketoester-based photopolymerization initiators, and benzoic acid ester-based photopolymerization initiators. It will be done.
光重合開始剤は、1種単独で用いてもよく、また、2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤の配合量は、良好な感度が得られ、所望のパターンが得られることから、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上であり、より好ましくは5質量部以上ある。また、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは15質量部以下である。
The photopolymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the photopolymerization initiator is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass, based on 100 parts by mass of the alkali-soluble resin, since good sensitivity and desired patterns can be obtained. It is more than part by mass. Moreover, it is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less.
コーティング方法については、公知公用のコーティング方法であればいずれの方法も使用でき、例えば、スリットコーター、スリット&スピンコーター、スピンコーター、ロールコーター、静電塗装、バーコーター、グラビアコーター、ダイコーター、ナイフコーター、インクジェット、デイッピング塗布、スプレー塗布、シャワーコーティング、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転塗工等の方法が挙げられる。
コーティング後、乾燥することにより、ブラックレジスト組成物の硬化膜が得られる。硬化膜は、例えば、表示装置に使用されるブラックマトリックスに好適である。
As for the coating method, any known and publicly used coating method can be used, such as slit coater, slit & spin coater, spin coater, roll coater, electrostatic coating, bar coater, gravure coater, die coater, knife. Methods include coater, inkjet, dipping coating, spray coating, shower coating, screen printing, gravure printing, offset printing, and reverse coating.
After coating, a cured film of the black resist composition is obtained by drying. The cured film is suitable for, for example, a black matrix used in display devices.
以下、実施例と比較例とにより、本発明を具体的に説明する。
尚、本発明の実施形態は下記実施例に限定されない。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples and Comparative Examples.
Note that the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
[カリックスアレーン化合物の合成]
(合成例1)
冷却管を設置した500mlの4つ口フラスコに、レゾルシン37.5g(0.34mol:富士フィルム和光純薬製、1,3-ジヒドロキシベンゼン)、デシルアルデヒド53.0g(0.34mol:花王ケミカル製、炭素数10の脂肪族アルデヒド)、ブタノール94.0g、95%硫酸3.8gを仕込み、マントルヒーターで、80℃還流下で4時間撹拌反応させた。反応後、酢酸エチルと水を添加し5回分液洗浄を行った。残った樹脂溶液から溶媒を減圧留去した後、真空乾燥を行い、淡赤色粉末のレゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)79.5gを得た。
[Synthesis of calixarene compounds]
(Synthesis example 1)
In a 500 ml four-necked flask equipped with a cooling tube, 37.5 g of resorcinol (0.34 mol: manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 1,3-dihydroxybenzene) and 53.0 g of decylaldehyde (0.34 mol: manufactured by Kao Chemical) were added. , aliphatic aldehyde having 10 carbon atoms), 94.0 g of butanol, and 3.8 g of 95% sulfuric acid were stirred and reacted under reflux at 80° C. for 4 hours using a mantle heater. After the reaction, ethyl acetate and water were added and washing was performed five times. After the solvent was distilled off under reduced pressure from the remaining resin solution, vacuum drying was performed to obtain 79.5 g of resorcincalixarene powder (a-1) as a pale red powder.
(合成例2)
デシルアルデヒドをヘキシルアルデヒド(0.34mol:花王ケミカル製、炭素数6の脂肪族アルデヒド)に変更した以外は合成例1と同様にして、レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-2)76.8gを得た。
(Synthesis example 2)
76.8 g of resorcincalixarene powder (a-2) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that decylaldehyde was changed to hexylaldehyde (0.34 mol: Kao Chemical, aliphatic aldehyde with 6 carbon atoms). .
(合成例3)
デシルアルデヒドをプロピオンアルデヒド(0.34mol:花王ケミカル製、炭素数3の脂肪族アルデヒド)に変更した以外は合成例1と同様にして、レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-3)76.1gを得た。
(Synthesis example 3)
76.1 g of resorcincalixarene powder (a-3) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that decylaldehyde was changed to propionaldehyde (0.34 mol: Kao Chemical Co., Ltd., aliphatic aldehyde with 3 carbon atoms). .
(合成例4)
デシルアルデヒドをベンズアルデヒド(0.34mol:富士フィルム和光純薬製、炭素数7の芳香族アルデヒド)に変更した以外は合成例1と同様にして、レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-4)77.3gを得た。
(Synthesis example 4)
77.3 g of resorcincalixarene powder (a-4) was added in the same manner as in Synthesis Example 1 except that decylaldehyde was changed to benzaldehyde (0.34 mol: Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., aromatic aldehyde with 7 carbon atoms). Obtained.
[表面修飾カーボンブラック及び分散体の製造と評価]
(実施例1)
冷却管を設置した500mlの4つ口フラスコに、レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)0.6g、ファーネス法で製造したカーボンブラック粉末(b-1)60g(三菱化学製:#3350B(1次粒子径約20nm))、二重結合含有重合反応性モノマー(c-1)(スチレン)12.0g、過酸化ベンゾイル0.02g、トルエン108.4gを仕込み、マントルヒーターで、70℃還流下で4時間撹拌反応させた。反応後、メタノールと水を添加し固形分を沈殿させ、上澄みを除去する作業を3回繰返して洗浄を行った。残った固形分溶液から溶媒を減圧留去した後、真空乾燥を行い、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-1)67.3gを得た。
上記で得た表面修飾カーボンブラックの粉末(A-1)20gと分散媒としてN-メチルピロリドン180gを混合し、超音波ホモジナイザー(ヤマト科学株式会社製:LUH300)による分散処理を10分間行うことで、カーボンブラック分散体(B-1)を得た。
[Production and evaluation of surface-modified carbon black and dispersion]
(Example 1)
In a 500 ml four-necked flask equipped with a cooling tube, 0.6 g of resorcincalixarene powder (a-1) and 60 g of carbon black powder (b-1) produced by the furnace method (manufactured by Mitsubishi Chemical: #3350B (primary Particle size: about 20 nm)), 12.0 g of a double bond-containing polymerizable reactive monomer (c-1) (styrene), 0.02 g of benzoyl peroxide, and 108.4 g of toluene were heated in a mantle heater under reflux at 70°C. The reaction was stirred for 4 hours. After the reaction, washing was performed by adding methanol and water to precipitate the solid content and removing the supernatant liquid three times. After the solvent was distilled off under reduced pressure from the remaining solid solution, vacuum drying was performed to obtain 67.3 g of black surface-modified carbon black powder (A-1).
By mixing 20 g of the surface-modified carbon black powder (A-1) obtained above with 180 g of N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, and performing a dispersion treatment using an ultrasonic homogenizer (Yamato Scientific Co., Ltd.: LUH300) for 10 minutes. , a carbon black dispersion (B-1) was obtained.
(実施例2)
レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)の代わりにレゾルシンカリックスアレーン粉末(a-2)を使用した他は実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-2)68.4gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-2)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-2)を得た。
(Example 2)
68.4 g of black surface-modified carbon black powder (A-2) in the same manner as in Example 1 except that resorcincalix arene powder (a-2) was used instead of resorcincalix arene powder (a-1). I got it.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-2), a carbon black dispersion (B-2) was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例3)
レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)の代わりにレゾルシンカリックスアレーン粉末(a-3)を使用した他は実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-3)67.4gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-3)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-3)を得た。
(Example 3)
67.4 g of black surface-modified carbon black powder (A-3) in the same manner as in Example 1 except that resorcincalix arene powder (a-3) was used instead of resorcincalix arene powder (a-1). I got it.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-3), a carbon black dispersion (B-3) was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例4)
レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)の代わりにレゾルシンカリックスアレーン粉末(a-4)を使用した他は実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-4)68.3gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-4)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-4)を得た。
(Example 4)
68.3 g of black surface-modified carbon black powder (A-4) in the same manner as in Example 1 except that resorcincalixarene powder (a-4) was used instead of resorcincalixarene powder (a-1). I got it.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-4), a carbon black dispersion (B-4) was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例5)
カーボンブラック粉末をアセチレン法で製造したカーボンブラック粉末(b-2)(富士フィルム和光純薬製:アセチレンブラック(1次粒子径約40nm))とした以外は、実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-5)66.9gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-5)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-6)を得た。
(Example 5)
A black powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon black powder was carbon black powder (b-2) produced by the acetylene method (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.: Acetylene black (primary particle size approximately 40 nm)). 66.9 g of surface-modified carbon black powder (A-5) was obtained.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-5), a carbon black dispersion (B-6) was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例6)
二重結合含有重合反応性モノマーをメタクリル酸メチル(c-2)とした以外は、実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-6)68.0gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-6)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-6)を得た。
(Example 6)
68.0 g of black surface-modified carbon black powder (A-6) was obtained in the same manner as in Example 1, except that methyl methacrylate (c-2) was used as the double bond-containing polymerization-reactive monomer.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-6), a carbon black dispersion (B-6) was obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例1)
レゾルシンカリックスアレーン粉末(a-1)を用いない以外は実施例1と同様にして、黒色の表面修飾カーボンブラックの粉末(A-7)68.9gを得た。
得られた表面修飾カーボンブラックの粉末(A-7)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-7)を得た。
(Comparative example 1)
68.9 g of black surface-modified carbon black powder (A-7) was obtained in the same manner as in Example 1 except that resorcincalixarene powder (a-1) was not used.
Using the obtained surface-modified carbon black powder (A-7), a carbon black dispersion (B-7) was obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例2)
実施例1と同じカーボンブラック粉末(b-1)60g、スルホラン1800g及びスルファミン酸(富士フィルム和光純薬製)5gを混合し、140℃で5時間、凝集粒子の撹拌反応を行い、カーボンブラックの表面を処理した。反応後、表面処理されたカーボンブラックを過剰の溶剤で数回洗浄した後、水中に注ぎ、沈殿物を濾過後、真空乾燥により表面処理カーボンブラック粉末(A-8)を得た。
得られた表面処理カーボンブラックの粉末(A-8)について、実施例1と同様にして、カーボンブラック分散体(B-8)を得た。
(Comparative example 2)
60 g of the same carbon black powder (b-1) as in Example 1, 1800 g of sulfolane, and 5 g of sulfamic acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed, and the agglomerated particles were subjected to a stirring reaction at 140°C for 5 hours to obtain carbon black. The surface was treated. After the reaction, the surface-treated carbon black was washed several times with excess solvent, poured into water, and the precipitate was filtered, followed by vacuum drying to obtain surface-treated carbon black powder (A-8).
Using the obtained surface-treated carbon black powder (A-8), a carbon black dispersion (B-8) was obtained in the same manner as in Example 1.
(分散性の評価)
実施例1~6及び比較例1、2で調製したカーボンブラック分散体の一部について、それぞれ調製日当日に、分散媒としてN-メチルピロリドンを用いて濃度を0.1~0.5kg/cm3に希釈した。このカーボンブラック分散液について、ヘテロダインレーザードップラー方式粒度分布測定装置(マイクロトラック社製、UPAモデル9340型)を用いて分散液中の粒子の平均粒子径を測定した。50%累積度数の値(Dupa50%)を平均粒子径とした。
平均粒子径が200nm未満である場合を分散性良好(〇)、平均粒子径が200nm以上である場合を分散性不良(×)とした。結果を表1に示す。
(Evaluation of dispersibility)
For some of the carbon black dispersions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, on the day of preparation, the concentration was adjusted to 0.1 to 0.5 kg/cm using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium. It was diluted to 3 . For this carbon black dispersion, the average particle size of the particles in the dispersion was measured using a heterodyne laser Doppler particle size distribution analyzer (manufactured by Microtrac, UPA model 9340). The value of 50% cumulative frequency (Dupa50%) was taken as the average particle diameter.
When the average particle diameter was less than 200 nm, the dispersibility was good (◯), and when the average particle diameter was 200 nm or more, the dispersibility was poor (×). The results are shown in Table 1.
(分散安定性の評価)
上記各例のカーボンブラック分散体について、調製日から4週間が経過した際の平均粒子径を前述と同様の条件で測定し、平均粒子径の変化を評価した。
平均粒子径の変化が+10%未満である場合を分散安定性良好(〇)、平均粒子径の変化が+10%以上である場合を分散安定性不良(×)とした。
結果を表1に示す。
(Evaluation of dispersion stability)
For the carbon black dispersions of each of the above examples, the average particle diameter was measured after 4 weeks had passed from the date of preparation under the same conditions as described above, and changes in the average particle diameter were evaluated.
When the change in average particle size was less than +10%, the dispersion stability was evaluated as good (○), and when the change in the average particle size was +10% or more, the dispersion stability was evaluated as poor (x).
The results are shown in Table 1.
表1より、カーボンブラック及びカリックスアレーン化合物の存在下で二重結合含有重合反応性モノマーを重合させた表面修飾カーボンブラックを有する分散体は、カリックスアレーン化合物中のアルデヒド化合物に由来する分子構造の差異によらず(実施例1~4)、また、カーボンブラックの種類や二重結合含有重合反応性モノマーによらず(実施例5~6)、分散性及び分散安定性に優れることがわかる。
また、表1より、カリックスアレーン化合物を存在させず、カーボンブラックの存在下で二重結合含有重合反応性モノマーを重合させた表面修飾カーボンブラックを有する分散体は、分散性及び分散安定性のいずれも不良であることがわかる(比較例1)。また、単にカーボンブラックを表面処理剤で処理しただけの分散体も、分散性及び分散安定性のいずれもが不良であることがわかる(比較例2)。
From Table 1, it can be seen that the dispersion containing surface-modified carbon black obtained by polymerizing a double bond-containing polymerizable monomer in the presence of carbon black and a calixarene compound has a difference in molecular structure derived from the aldehyde compound in the calixarene compound. It can be seen that the dispersibility and dispersion stability are excellent regardless of the type of carbon black (Examples 1 to 4) and regardless of the type of carbon black or the double bond-containing polymerization-reactive monomer (Examples 5 to 6).
Furthermore, from Table 1, it is clear that a dispersion containing surface-modified carbon black obtained by polymerizing a double bond-containing polymerizable monomer in the presence of carbon black without the presence of a calixarene compound has both dispersibility and dispersion stability. It can be seen that the sample is also defective (Comparative Example 1). Furthermore, it can be seen that a dispersion in which carbon black was simply treated with a surface treatment agent was also poor in both dispersibility and dispersion stability (Comparative Example 2).
[ブラックレジスト組成物の調製と評価]
(実施例7)
10mlのスクリュー管に、実施例1で得たカーボンブラック分散体(B-1)3gとジペンタエリスリトールヘキサアクリレート0.07g、アルカリ可溶性樹脂としてフルオレン骨格を有するエポキシアクリレートの酸無水物重縮合物(固形分56質量%、新日鐵化学社製V259ME)0.52g、光重合開始剤イルガキュアOXE02(BASFジャパン社製)0.03g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.39gを加えて、マグネチックスターラーで10分撹拌して、ブラックレジスト組成物(C-1)を得た。ブラックレジスト組成物中のカーボンブラック含有量は6質量%である。
[Preparation and evaluation of black resist composition]
(Example 7)
In a 10 ml screw tube, 3 g of the carbon black dispersion (B-1) obtained in Example 1, 0.07 g of dipentaerythritol hexaacrylate, and an acid anhydride polycondensate of epoxy acrylate having a fluorene skeleton as an alkali-soluble resin ( Solid content 56% by mass, 0.52 g of V259ME (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), 0.03 g of photopolymerization initiator Irgacure OXE02 (manufactured by BASF Japan), and 1.39 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added, and stirred with a magnetic stirrer. After stirring for 10 minutes, a black resist composition (C-1) was obtained. The carbon black content in the black resist composition is 6% by mass.
(実施例8~12、比較例3、4)
実施例2~6及び比較例1、2で得たカーボンブラック分散体(B-2)~(B-8)をそれぞれ用いた以外は、実施例7と同様にして、ブラックレジスト組成物(C-2)~(C-8)を調製した。
(Examples 8 to 12, Comparative Examples 3 and 4)
A black resist composition (C -2) to (C-8) were prepared.
(塗膜の製膜性の評価)
実施例7~12及び比較例3、4の各例で得られたブラックレジスト組成物を、スピンコーターを用いて乾燥後の膜厚が1μmとなるように150mm×150mmのガラス上に塗布し、これを表面温度90℃のホットプレートで1分乾燥し、塗膜を形成した。得られた塗膜について、製膜性を評価した。
光沢があり、ムラのない膜を製膜性良好(〇)、光沢がない、又は、ムラのある膜を製膜性不良(×)とした。
結果を表2に示す。
(Evaluation of film formability of coating film)
The black resist compositions obtained in Examples 7 to 12 and Comparative Examples 3 and 4 were applied onto a 150 mm x 150 mm glass using a spin coater so that the film thickness after drying was 1 μm, This was dried for 1 minute on a hot plate with a surface temperature of 90°C to form a coating film. The film formability of the obtained coating film was evaluated.
A film that was glossy and had no unevenness was rated as having good film formability (〇), and a film that was not glossy or had unevenness was rated as poor film formability (x).
The results are shown in Table 2.
表2より、本発明のカーボンブラック分散体を配合したブラックレジスト組成物は、塗膜製膜性に優れていることがわかる(実施例7~12)。 Table 2 shows that the black resist compositions containing the carbon black dispersion of the present invention have excellent film forming properties (Examples 7 to 12).
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