CN102993340A

CN102993340A - 一种用于紫外光固化剂的光引发剂及其制造方法

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Publication number: CN102993340A
Application number: CN2012105625363A
Authority: CN
Inventors: 赵国锋; 武瑞; 张齐; 徐新元; 熊高利; 毛桂红; 吕振波
Original assignee: TIANJIN JIURI CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: TIANJIN JIURI NEW MATERIALS CO., LTD.
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN102993340B

Abstract

本发明涉及一类紫外光固化的芳香酯类光引发剂及其制造方法。本发明提供了两种制造方法：第一种方法是用芳香羧酸和醇在催化剂存在下反应，制造芳香酯类光引发剂；第二种方法是两步反应，芳香羧酸先与碱在回流条件下作用得到相应的羧酸盐，然后在0-50℃下与硫酸二酯反应制造芳香酯类光引发剂。本发明提供的两种制造方法，都具有操作简单，反应快速，高产率等优点。

Description

一种用于紫外光固化剂的光引发剂及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于紫外光固化剂的光引发剂及其制造方法。

背景技术

光固化技术是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术，被誉为面向21世纪绿色工业的新技术。最常见的是紫外光固化，它是利用紫外光具有化学活性的液态材料快速聚合交联，瞬间固化成固态材料，已被广泛用于印刷、包装、广告、建材、装潢、电子、通信、计算机、家电、汽车、航空、航天、仪器仪表、体育、卫生等各行各业。紫外光固化产品主要以紫外光涂料、紫外光油墨、紫外光胶黏剂等形式出现，在人们日常生活中紫外光固化产品随处可见，紫外光固化产品的使用已无处不在。

随着社会经济的快速发展，人类生活水平的不断提高，人们对环境保护和健康防护问题越来越重视，从而对紫外光固化产品的要求也越来越高。紫外光固化产品是以预聚物为基础，加入特定的活性稀释单体、光引发剂和多种添加剂配制而成。其中光引发剂虽然用量较小，但在使用的过程中自身也会释放有害的化学物质，被越来越多的人关注，从而推动着相关技术标准和行业法规的酝酿和颁布并且会逐渐走向严格化。以紫外光固化油墨技术为例，有些油墨在使用过程中会产生苯等有毒物质，而苯是一种巨毒的化学物质，其毒性和致癌性远超过甲醛，如果控制不好，苯会透过塑料薄膜包装袋的空隙进入食品中去，将会对身体健康构成极大的危害。国际油墨界早在上个世纪就启动了绿色产品的推进工作，1995年日本凹印行业联合会发布了“无苯化”的倡议书，要求食品包装的溶剂残留量控制在1mg/m²一下，与此同时，日本油墨工业联合会也，出台了禁止在食品包装袋上使用含苯油墨的NL自主规制。2008年，我国国家烟草专卖局也对烟包油墨技术中多种挥发性有害有机化合物的释放浓度做了严格限定(见表一)。特别规定样品中不得检出苯、其检测结果要满足一定的关系式，出现下面情况之一者，即为不合格产品：

(1)“苯”检出；

(2)检测结果不符合下式要求：∑(x_i/y_i-1)＜15.0，其中：

i：表一中的序号，i＝1，2，...15；x_i：检测值，未检出时，取值为0；y_i：指标值；x_i/y_i-1：超标比值，当x_i/y_i-1＜0时，取值为0。

序号	项目	分子式	指标(单位：mg/m²)
				0	苯	C₆H₆	不得检出

1	乙醇	C₂H₆O	50.0
				2	异丙醇	C₃H₈O	5.0
3	丙酮	C₃H₆O	1.0
				4	丁酮	C₄H₈O	0.5
5	乙酸乙酯	C₄H₈O₂	10.0
				6	乙酸异丙酯	C₅H₁₀O₂	5.0
7	正丁醇	C₄H₁₀O	2.5
				8	丙二醇甲醚	C₄H₁₀O₂	60.0
9	乙酸正丙酯	C₅H₁₀O₂	50.0
				10	4-甲基-2-戊酮	C₆H₁₂O	1.0
11	甲苯	C₇H₈	0.5
				12	乙酸正丁酯	C₆H₁₂O₂	5.0
13	乙苯	C₈H₁₀	0.25
				14	二甲苯	C₈H₁₀	0.25
15	环己酮	C₆H₁₀O	1.0

表一：国家烟草专卖局卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量指标

这一标准使得广泛使用的二苯甲酮类光引发剂普遍不合格，市场迫切需要新一代环境友好的光引发剂。

发明内容

为此，本发明共解决两个技术问题。

本发明解决的第一个技术问题是提供一类无苯非挥发性环境友好的紫外光引发剂。

本发明解决的第二个技术问题是提供一类无苯非挥发性环境友好的紫外光引发剂的制造方法。

为解决第一个技术问题，本发明提供一类用于紫外光固化的光引发剂，其包含下述化合物通式I：

其中：R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基，R³独立选自为甲基、乙基。

为解决第二个技术问题，本发明提供了几种该类芳香酮类化合物的制造方法，都以下述有机羧酸(II)为原料，有机羧酸(II)可以由邻苯二甲酸酐和相应的取代苯在无水AlCl₃催化下进行傅氏酰基化反应得到。

其中：R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基。

本发明提供的第一种制造方法，该方法的步骤为：将有机羧酸(II)和醇在催化剂的作用下，一般分水器或定制分水器装置用溶剂或带水剂回流带水反应，或改装的恒压滴液漏斗用无水硫酸镁、无水硫酸钠、无水氧化铝、分子筛等干燥剂除水反应，得到该类酯类化合物I。

R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基，R³独立选自为甲基、乙基。催化剂可以选择SOCl₂、浓硫酸、对甲苯磺酸、硫酸钛、BF₃和HCl等酸性物质，醇可以选择甲醇、乙醇。用一般分水器装置时用的溶剂或带水剂选自甲苯、环己烷、石油醚、二甲苯；用定制分水器装置时用的溶剂或带水剂选自二氯乙烷、氯仿。

本发明提供的第二种制造方法，该方法的步骤为：将有机羧酸(II)、碱和相转移催化剂溶于有机溶剂和水的混合溶剂中，在加热回流条件下反应后，得到的羧酸盐在0-50℃下与相应的硫酸二酯反应，经过后处理后得到该类酯类化合物I。

R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基，R³独立选自为甲基、乙基。碱可以选择碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾，相转移催化剂可以选择四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基硫酸氢铵或苄基三甲基氯化铵中的一种或几种，有机溶剂可以选自甲苯、氯苯、二甲苯、二氯乙烷、乙腈、氯仿，硫酸二酯可以选择硫酸二甲酯、硫酸二乙酯。

本发明提供的结构为I的化合物及其组合物可添加于任一由光固化的树脂和单体组成的光固化材料中，经过适当波长光源照射引发该光固化材料发生自由基聚合反应而固化。

本发明提供了一类光引发剂引发效率高，引发过程不产生苯，挥发性有机化合物总量得到大幅度降低甚至完全消除，在极性和非极性树脂中均有较好的溶解性，是一类高效环境友好的光引发剂。该类光引发剂的制造可以有多种方法，而且这些制造方法简单、快速、高产率。

具体实施方式

下面介绍光引发剂一系列的实施例：结构式如下式。

实施例1：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(浓硫酸法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、72ml甲苯和16.0g甲醇，搅拌均匀后，缓慢滴加5.0ml浓硫酸，加热回流分水，TLC或液相监测反应终点，反应完全，降温至室温，缓慢滴加入20ml水稀释，分出下层水相弃去，有机相用5％的NaOH水溶液(pH约8)和水各洗一次，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得24.0g淡黄色的油状物，用40ml甲醇重结晶的白色晶体21.0g，收率82.7％，液相含量99.0％。

实施例2：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(SOCl₂法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、72ml甲苯和16.0g甲醇，搅拌均匀后，在冰浴下缓慢滴加17.8g二氯亚砜，加热回流分水，TLC或液相监测反应终点，反应完全，降温至室温，缓慢滴加入20ml水稀释，分出下层水相弃去，有机相用5％的NaOH水溶液(pH约8)和水各洗一次，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得24.2g淡黄色的油状物，用40ml甲醇重结晶的白色晶体21.4g，收率85.0％，液相含量99.0％。

实施例3：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(对甲苯磺酸法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、72ml甲苯和16.0g甲醇，搅拌均匀后，加入5.0g对甲苯磺酸，加热回流分水，TLC或液相监测反应终点，反应完全，降温至室温，静置分层，分出下层水相弃去，有机相用80ml 5％的NaOH水溶液(pH约8)和水各洗一次，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得23.0g淡黄色的油状物，用20ml甲醇重结晶的白色晶体18.4g，收率72.7％，液相含量99.1％。

实施例4：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(硫酸钛法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、72ml甲醇，搅拌均匀后，加入3.6g硫酸钛，四口瓶上接有恒压滴液漏斗，上面再接冷凝管，在恒压滴液漏斗中加入20g硫酸镁(在恒压滴液漏斗下口垫一层棉花)，加热回流，保温反应，TLC或液相监测反应终点，反应完全，趁热滤除催化剂，母液蒸馏回收甲醇，加入80ml 5％的NaOH水溶液(pH约8)和80ml甲苯搅拌0.5h，分出甲苯相水洗一次，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得23.6g淡黄色的油状物，用40ml甲醇重结晶的白色晶体11.2g，收率88.0％，液相含量99.0％。

实施例5：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(BF₃+HCl法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、16.0g甲醇，搅拌均匀后，加入复合催化剂盐酸与三氟化硼等摩尔组合，在60-90℃下反应，TLC或液相监测反应终点，反应完全，降温至室温，用用5％的NaOH水溶液调解反应液的pH至8，用甲苯萃取，有机相再用5％的Na₂CO₃水溶液和水各洗涤一次，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得23.5g淡黄色的油状物，用40ml甲醇重结晶的白色晶体21.3g，收率83.9％，含量99.0％。

实施例6：2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯的制造(硫酸二甲酯法)

在装有机械搅拌的250ml四口瓶中，加入24.0g 2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸、四丁基溴化铵(0.2g)、72.0g甲苯、10.6g碳酸钠和24ml水，搅拌均匀后，加热回流，TLC监测反应直到原料完全成盐，降温至室温，缓慢滴加1.2当量的硫酸二甲酯，滴毕反应3-5h，TLC或液相监测反应终点，反应完全，静置分层，分出有机相，水相用12ml甲苯反萃，合并有机相用60ml水洗，无水硫酸钠干燥，低压脱溶，得25.2g淡黄色的油状物，用40ml甲醇重结晶的白色晶体23.0g，收率90.6％，含量99.2％。

光引发剂2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯与当前广泛使用的商用引发剂OMBB在一种相同油墨光固化条件下的相关数据对照比较见表二。

表二：实施例光引发剂2-(4’-甲基苯甲酰基)苯甲酸甲酯与当前广泛使用的商用引发剂Irgacure 184的挥发性有机物释放对比。

Claims

1.一类用于紫外光固化的光引发剂，其特征在于，其包含的分子结构如下所示的酯类化合物：

其中：R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基，R³独立选自为甲基、乙基，该酯类化合物及其组合物可添加于任一由光固化的树脂，单体和助剂组成的光固化材料中，经过适当波长光源照射引发该光固化材料发生自由基聚合反应而固化。

2.一类用于紫外光固化的光引发剂制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

将有机羧酸(II)和醇在一定催化剂的作用下，一般分水器或定制分水器装置用溶剂或带水剂回流带水反应，或改装的恒压滴液漏斗用干燥剂除水，回流反应，得到该类酯类化合物I，反应方程式通式如下：

R¹独立选自为甲基、乙基、异丙基，R²独立选自为氢、甲基，R³独立选自为甲基、乙基。

3.根据权利要求2所述酯类化合物的制造方法，其特征在于所用的催化剂选自SOCl₂、浓硫酸、对甲苯磺酸、硫酸钛、BF₃和HCl复合物；所用的醇选自甲醇、乙醇；所用的干燥剂选自无水硫酸镁、无水硫酸钠、无水氧化铝、分子筛。

4.根据权利要求2所述酯类化合物的制造方法，其特征在于用一般分水器装置时用的溶剂或带水剂选自甲苯、环己烷、石油醚、二甲苯；用定制分水器装置时用的溶剂或带水剂选自二氯乙烷、氯仿。

5.一类用于紫外光固化的光引发剂制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

将有机羧酸(II)、无机碱和相转移催化剂溶于有机溶剂和水的混合溶剂中，在加热回流条件下反应后，得到的羧酸盐在一定温度下与硫酸二酯反应，经过后处理后得到该类酯类化合物I，反应方程式通式如下：

6.根据权利要求4所述酯类化合物的制造方法，其特征在于所用的碱选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾；相转移催化剂选自四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基硫酸氢铵或苄基三甲基氯化铵中的一种或几种；硫酸二酯选自硫酸二甲酯、硫酸二乙酯；有机溶剂选自甲苯、氯苯、二甲苯、二氯乙烷、乙腈、氯仿。

7.根据权利要求4所述酯类化合物的制造方法，其特征在于所选反应温度为0-50℃，优选10-30℃。