CN103875037A - 在聚氨酯基光聚合物组合物中的链转移试剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光聚合物组合物,其包含基质聚合物A)、写入单体B)、光引发剂C)和催化剂D),所述基质聚合物A)可以通过至少一种多异氰酸酯组分a)和异氰酸酯反应性组分b)的反应来获得。本发明另外的主题是含有本发明的光聚合物组合物或者可以使用其来获得的全息介质,本发明的光聚合物组合物用于生产全息介质的用途以及使用本发明的光聚合物组合物生产全息介质的方法。
Description
本发明涉及一种光聚合物组合物,其包含基质聚合物A)、写入单体 B)、光引发剂C)和催化剂D),所述基质聚合物A)可以通过至少一种多异氰酸酯组分a)和异氰酸酯反应性组分b)的反应来获得。本发明另外的主题是含有本发明的光聚合物组合物或者可以使用其来获得的全息介质,本发明的光聚合物组合物用于生产全息介质的用途以及使用本发明的光聚合物组合物生产全息介质的方法。
在开始时所提及类型的生产全息介质的光聚合物组合物由WO2011/054797和WO2011/067057已知。
在该已知的组合物的情况中,各自的光敏度,即实现全衍射效率(DE)或者最大折射率调制(Δn)所需的最小剂量,通过光引发剂(即染料和引发剂的组合)预先确定。这种组合经常由于生产或者之后使用由所述光聚合物组合物制成的全息介质的其他条件来确定,并且不容易变化。
改进的光敏性是有利的,因为它直接降低了曝光全息图像所必需的激光能的成本。因此对于曝光的全息方法来说,很希望改进光敏度,或者降低使用剂量,以及“更快”获得全衍射效率(DE)。在这种情况中,使用剂量表示在曝光时的总剂量E1,这里获得了DE≥0.10,并且更快获得全衍射效率意味着需要更少的总剂量E2以实现DE=0.94*最大DE和/或折射率调制(Δn)为Δn=0.94*最大Δn。
本发明的目的因此是提供一种光聚合物组合物,由其可以生产具有低光敏度的全息介质,以这种介质可以用小的使用剂量曝光具有全衍射效率(DE)的全息图。
在开始时提及的类型的光聚合物组合物的情况中,所述目的通过其包含链转移试剂E)得以解决。
在此将链转移试剂理解为具有至少一个可以均裂形成自由基的共价键的化合物。
链转移试剂已经用于其他光聚合物组合物中。这例如描述在CN101320208(这里优选2-巯基苯并噁唑,巯基苯并噻唑和十二烷基硫醇)和US4917977A(与基于HABIs作为引发剂的引发剂体系结合)中。链转移试剂在这里用作引发剂体系的必需的(“必要”)组分。所引用的光聚合物组合物的共同之处在于,在全息曝光中仅仅形成了潜在图像,而仅仅在后加工步骤范围内才热活化实现全衍射效率(DE)或最大折射率调制(Δn)。因此在现有技术中提及的光聚合物从根本上不同于本发明中的那些。本发明的光聚合物组合物是纯光子材料,其中全衍射效率(DE)或最大折射率调制(Δn)在光聚合物的激光曝光过程中已经产生。随后的(例如热活化的)加工步骤是不需要的。因此激光的曝光时间和所需要的能量的量,而非如在现有技术中的材料的情况中的加热步骤,对于生产全息图来说是决定性的决定成本和速率的步骤。对于快速、廉价和有效的生产大量的全息图来说,因此需要明显更有效的写入-,即曝光过程。该目的在光聚合物方面可以通过使用本发明的链转移试剂作为组合物中另外的添加剂得以实现。
根据本发明的一个第一优选的实施方案,所述链转移试剂E)可以包含选自下面的一种或多种化合物:1,3-二酮化合物,硫醇,硫化物,二硫化物,硫醚,过氧化物,氨基化合物,醚,酯,醇,缩醛,醛,酰胺,有机氯化物,有机溴化物和有机碘化物。
如果所述链转移试剂E)包含选自下面的一种或多种化合物:单-和多官能硫醇,特别优选单-、二-和多官能伯硫醇和/或二官能仲硫醇,二硫化物,硫酚,酯,胺,芳族醇,优选酚和萘酚,苄基醇,具有苄基氢原子的化合物,苄基卤化物,1,3-二酮化合物,过氧化物,缩醛和缩酮,是进一步优选的。如果所述伯硫醇是烷基硫醇,特别是具有直链或支化的烷基部分,优选具有6-18个碳原子,和特别优选选自下面的一种或多种化合物:1-辛基硫醇,1-癸基硫醇,1-十二烷基硫醇和11,11-二甲基十二烷-1-硫醇,具有至少一个伯SH-基团的二-、三-和更高官能的硫醇,特别是季戊四醇四(3-巯基丙酸酯),季戊四醇四(巯基乙酸酯),三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯),辛烷-1,8-二硫醇,3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇,二醇二(3-巯基丙酸酯)和优选仲硫醇是季戊四醇四(3-巯基丁酸酯)和/或季戊四醇四(2-巯基丙酸酯),在这里是非常特别优选的。同样优选的是,如果所述酯具有伯或仲氨基官能,和特别是N-苯基甘氨酸乙酯或带有至少一个–SR0-基团的酯,这里R0可以是氢、直链或者支化的烷基部分或者芳基部分,并且该酯尤其包括选自下面的一种或多种化合物:3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯,2-乙基己基-3-巯基丙酸酯,3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯,异辛基巯基乙酸酯,2-乙基己基巯基乙酸酯。最后还特别优选的是,如果所述过氧化物具有高于80℃的1小时半衰期温度和特别是包含选自下面的一种或多种化合物:二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、二月桂基过氧化物和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷。
作为链转移试剂非常特别优选使用硫醇,特别是伯硫醇或多官能仲硫醇,酯和过氧化物。特别优选的这里所述物质种类的化合物的例子是正辛基硫醇,正己基硫醇,正癸基硫醇,正十二烷基硫醇,11,11-二甲基十二烷-1-硫醇,2-苯基乙基硫醇,1,8-二硫萘,辛烷-1,8-二硫醇,3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇,环辛烷-1,4-二硫醇,3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯,3-巯基丙酸丁基酯,2-乙基己基巯基乙酸酯,2-羟基乙基-3-巯基丙酸酯,3-巯基丙酸异辛基酯,3-巯基丙酸正辛基酯,3-巯基丙酸正丙基酯,3-巯基丙酸十二烷基酯,3-巯基丙酸2-乙基己基酯,巯基乙酸异辛基酯,巯基乙酸异十三烷基酯,乙二醇二(3-巯基丙酸酯),2-巯基-丙酸乙基酯,3-巯基丙酸乙基酯,乙二醇二巯基乙酸酯,季戊四醇四(巯基乙酸酯),季戊四醇四(3-巯基丙酸酯),季戊四醇四(2-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯),三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基丙酸酯),甲基糠基巯基-丙酸酯,1,4-双(3-巯基丁酰氧基)丁烷,1,3,5-三(3-巯基丁基氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮,季戊四醇四(3-巯基丁酸酯),2,2’-[乙烷-1,2-二基双(氧)]二乙烷硫醇,2,2’-氧二乙烷硫醇,2-萘硫酚,巯基苯并噻唑,2-巯基苯并噁唑,巯基苯并咪唑,4-甲基苄基硫醇,2-巯基乙基硫醚,双(苯基乙酰基)二硫醚,二苄基二硫醚,二叔丁基二硫醚,吩噻嗪,N-苯基甘氨酸乙酯,N-苯基甘氨酸,二叔丁基过氧化物,二枯基过氧化物,过氧化二苯甲酰,叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯,月桂基过氧化物,双(叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯,3,5,5-三甲基过氧化己酸叔丁基酯,三苯基甲烷硫醇,三苯基甲醇,1,1-二甲基-3,5-二酮环己烷,1-溴-2-(1,1-二甲氧基乙基)苯,丙酮二正丁基缩醛,1,3,3-三甲氧基丁烷,4,4-二甲氧基戊酸甲酯,苯乙酮二甲基缩酮,氯三苯基甲烷,溴三苯基甲烷,三苯基甲烷,异丙基苯,四氯化碳,四溴化碳,氯仿和其他脂族氯烃。
根据本发明的光聚合物组合物的另一优选的实施方案,它包含小于2.5重量%,优选0.05-1.01重量%,和特别优选0.09-0.55重量%的所述链转移试剂E),基于所述光聚合物组合物计。
作为多异氰酸酯组分a),可以使用本领域技术人员公知的每分子平均具有两个或更多个NCO官能度的所有化合物或者其混合物。它们可以是芳族、芳脂族、脂族或脂环族基的。也可以以次要量共同使用单异氰酸酯和/或含不饱和基团的多异氰酸酯。
合适的例子是亚丁基二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯(HDI),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),1,8-二异氰酸酯根合-4-(异氰酸酯根合甲基)辛烷,2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯,异构的双(4,4’-异氰酸酯根合环己基)甲烷及其任意异构体含量的混合物,异氰酸酯根合甲基-1,8-辛烷二异氰酸酯,1,4-环己基二异氰酸酯,异构的环己烷二亚甲基二异氰酸酯,1,4-亚苯基二异氰酸酯,2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯,1,5-亚萘基二异氰酸酯,2,4’-或者4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和/或三苯基甲烷4,4’,4’’-三异氰酸酯。
同样可以使用单体二-或三异氰酸酯的衍生物,其具有氨基甲酸酯-、脲-、碳二亚胺-、酰基脲-、异氰脲酸酯-、脲基甲酸酯-、缩二脲-、噁二嗪三酮-、脲二酮-和/或亚氨基噁二嗪二酮结构。
优选使用基于脂族和/或脂环族二-或者三异氰酸酯的多异氰酸酯。
组分a)的多异氰酸酯特别优选的是二-或低聚的脂族和/或脂环族二-或者三异氰酸酯。
非常特别优选的是基于HDI、1,8-二异氰酸酯根合-4-(异氰酸酯根合甲基)辛烷或其混合物的异氰脲酸酯、脲二酮和/或亚氨基噁二嗪二酮。
同样可用作组分a)的是NCO-官能预聚物,其具有氨基甲酸酯-、脲基甲酸酯-、缩二脲-和/或酰胺基团。组分a)的预聚物以本身为本领域技术人员公知的方式在任选使用催化剂和溶剂的情况下以合适的化学计量通过单体的、低聚的或多异氰酸酯a1)与异氰酸酯反应性化合物a2)的反应来获得的。
合适的多异氰酸酯a1)是本身为本领域技术人员已知的所有脂族、脂环族、芳族或芳脂族二-和三异氰酸酯,其中它们是通过光气化还是通过无光气的方法获得并不重要。此外,也可以使用本身为本领域技术人员公知的具有氨基甲酸酯结构、脲结构、碳二亚胺结构、酰基脲结构、异氰脲酸酯结构、脲基甲酸酯结构、缩二脲结构、噁二嗪三酮结构、脲二酮结构或亚氨基噁二嗪二酮结构的单体二-和/或三异氰酸酯的较高分子量后续产物,在每种情况下单独地或相互任意混合地使用。
用作组分a1)的合适的单体的二-或者三异氰酸酯的例子是亚丁基二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯(HDI),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),三甲基-六亚甲基二异氰酸酯(TMDI),1,8-二异氰酸酯根合-4-(异氰酸酯根合甲基)辛烷,异氰酸酯根合甲基-1,8-辛烷二异氰酸酯(TIN),2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯。
优选使用OH-官能化合物作为用于构建预聚物的异氰酸酯反应性化合物a2)。其类似于如下文描述的用于组分b)的OH-官能化合物。
同样可以使用胺用于制备预聚物。例如合适的是乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、丙二胺、二氨基环己烷、二氨基苯、二氨基联苯、双官能多胺例如Jeffamines?、具有最多10000 g/mol的数均摩尔质量的胺封端的聚合物或其相互的任意混合物。
为了制备含有缩二脲基团的预聚物,使过量的异氰酸酯与胺反应,由此形成缩二脲基团。在这种情况下,作为适合与所提到的二-、三-和多异氰酸酯反应的胺是上述类型的所有低聚的或聚合的、伯或仲双官能胺。
优选的预聚物是得自脂族异氰酸酯-官能化合物和数均摩尔质量为200至10000 g/mol的低聚的或聚合的异氰酸酯反应性化合物的氨基甲酸酯、脲基甲酸酯或缩二脲;特别优选得自脂族异氰酸酯官能的化合物和数均摩尔质量为500-8500g/mol低聚的或者聚合的多元醇或多胺的氨基甲酸酯、脲基甲酸酯或者缩二脲,和非常特别优选得自HDI或者TMDI和具有数均摩尔质量1000-8200g/mol的二官能聚醚多元醇的脲基甲酸酯。
上述预聚物的游离的单体异氰酸酯的残留物含量优选小于1重量%,特别优选小于0.5重量%,和非常特别优选小于0.2重量%。
除了所述的预聚物之外,该多异氰酸酯组分当然可以成比例地包含另外的异氰酸酯组分。对此可以考虑芳族、芳脂族、脂族和脂环族二-、三-或者多异氰酸酯。还可以使用这样的二-、三-或者多异氰酸酯的混合物。合适的二-、三-或者多异氰酸酯的例子是亚丁基二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯(HDI),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),1,8-二异氰酸酯根合-4-(异氰酸酯根合甲基)辛烷,2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯(TMDI),异构的双(4,4‘-异氰酸酯根合环己基)甲烷及其任意异构体含量的混合物,异氰酸酯根合甲基-1,8-辛烷二异氰酸酯,1,4-环己基二异氰酸酯,异构的环己烷二亚甲基二异氰酸酯,1,4-亚苯基二异氰酸酯,2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯,1,5-亚萘基二异氰酸酯,2,4‘-或者4,4‘-二苯基甲烷二异氰酸酯,三苯基-甲烷-4,4‘,4‘‘-三异氰酸酯或者其具有氨基甲酸酯-、脲-、碳二亚胺-、酰基脲-、异氰脲酸酯-、脲基甲酸酯-、缩二脲-、噁二嗪三酮-、脲二酮-、亚氨基噁二嗪二酮结构的衍生物及其混合物。优选的是基于低聚的和/或衍生的二异氰酸酯的多异氰酸酯,其通过合适的方法除去了过量的二异氰酸酯,特别是六亚甲基二异氰酸酯的那些。HDI的低聚的异氰脲酸酯、脲二酮和亚氨基噁二嗪二酮及其混合物是特别优选的。
任选的多异氰酸酯组分a)还可以成比例地包含异氰酸酯,其与异氰酸酯反应性烯属不饱和化合物部分反应。α,β-不饱和羧酸衍生物如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、富马酸酯、马来酰亚胺、丙烯酰胺和乙烯基醚、丙烯基醚、烯丙基醚和具有至少一个异氰酸酯反应性基团的含二环戊二烯基单元的化合物在这里优选用作异氰酸酯反应性烯属不饱和化合物。它们特别优选是具有至少一个异氰酸酯反应性基团的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。合适的羟基官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯例如是下述化合物:如2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯,聚氧化乙烯-单(甲基)丙烯酸酯,聚氧化丙烯-单(甲基)丙烯酸酯,聚氧化烯单(甲基)丙烯酸酯,聚(ε-己内酯)单(甲基)-丙烯酸酯,例如诸如Tone? M100(Dow,USA),2-羟基丙基(甲基)丙烯酸酯,4-羟基-丁基(甲基)丙烯酸酯,3-羟基-2,2-二甲基丙基(甲基)丙烯酸酯,多元醇的羟基官能的单-、二-或者四(甲基)丙烯酸酯,例如三羟甲基丙烷,甘油,季戊四醇,二季戊四醇,乙氧基化的、丙氧基化的或者烷氧基化的三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、二季戊四醇及其工业混合物。另外,合适的是异氰酸酯反应性的低聚的或者聚合的不饱和的含有丙烯酸酯-和/或甲基丙烯酸酯基团的化合物,其单独的或者与上述单体化合物相组合。与异氰酸酯反应性烯属不饱和化合物部分反应的异氰酸酯占异氰酸酯组分a) 的比例为0-99%,优选0-50%,特别优选0-25%和非常特别优选0-15%。
上述多异氰酸酯组分a)同样也可以完全或按比例地包含与本领域技术人员由涂料技术已知的封端剂完全或部分反应的异氰酸酯。作为的封端剂的例子可以提及:醇、内酰胺、肟、丙二酸酯、烷基乙酰乙酸酯、三唑、酚、咪唑类、吡唑类和胺,例如诸如丁酮肟、二异丙基胺、1,2,4-三唑、二甲基-1,2,4-三唑、咪唑、丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、丙酮肟、3,5-二甲基吡唑、ε-己内酰胺、N-叔丁基苄胺、环戊酮羧基乙基酯或者这些封端剂的任意混合物。
如果所述多异氰酸酯组分是脂族多异氰酸酯或脂族预聚物和优选具有伯NCO-基团的脂族多异氰酸酯或预聚物,则是特别优选的。
所有的每分子具有平均至少1.5个异氰酸酯反应性基团的多官能的异氰酸酯反应性化合物均可以用作多元醇组分b)。
在本发明范围内,异氰酸酯反应性基团优选是羟基、氨基或巯基,羟基化合物是特别优选的。
合适的多官能的异氰酸酯反应性化合物例如是聚酯-、聚醚-、聚碳酸酯-、聚(甲基)丙烯酸酯-和/或聚氨酯多元醇。
合适的聚酯多元醇例如是直链聚酯二醇或者支化的聚酯多元醇,其是以已知的方式,由脂族、脂环族或者芳族二-或多元羧酸或者它们的酸酐与OH官能度≥2的多元醇得到。
这样的二-或者多元羧酸或酸酐的例子是琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、壬烷二甲酸、癸烷二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸或者偏苯三酸和酸酐,例如邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐或琥珀酸酐或者其彼此的任意混合物。
合适的醇的例子是乙二醇,二-、三-、四甘醇,1,2-丙二醇,二-、三-、四丙二醇,1,3-丙二醇,1,4-丁二醇,1,3-丁二醇,2,3-丁二醇,1,5-戊二醇,1,6-己二醇,2,2-二甲基-1,3-丙二醇,1,4-二羟基环己烷,1,4-二羟甲基环己烷,1,8-辛二醇,1,10-癸二醇,1,12-十二烷二醇,三羟甲基-丙烷,甘油或者其彼此的任意混合物。
所述聚酯多元醇还可以基于天然原材料例如蓖麻油。该聚酯多元醇同样可以基于内酯的均聚物或混合聚合物,如其优选可以通过内酯或者内酯混合物(例如丁内酯、ε-己内酯和/或甲基-ε-己内酯)与羟基官能的化合物(例如OH官能度≥2的例如前述的类型的多元醇)的加成反应来获得。
这样的聚酯多元醇优选具有数均摩尔质量为400-4000g/mol,特别优选500-2000g/mol。它们的OH官能度优选是1.5-3.5,特别优选1.8-3.0。
合适的聚碳酸酯多元醇可以以本身已知的方式,通过有机碳酸酯或者光气与二元醇或二元醇混合物反应来获得。
合适的有机碳酸酯是二甲基、二乙基和二苯基碳酸酯。
合适的二元醇或者混合物包括在聚酯部分的范围内提到的OH官能度≥ 2的多元醇,优选1,4-丁二醇、1,6-己二醇和/或3-甲基戊二醇,或也可以将聚酯多元醇转化成聚碳酸酯多元醇。
这样的聚碳酸酯多元醇优选具有数均摩尔质量是400-4000g/mol,特别优选500-2000g/mol。这些多元醇的OH官能度优选是1.8-3.2,特别优选1.9-3.0。
合适的聚醚多元醇是环醚在OH-或NH-官能的起始物分子上任选嵌段构建的加聚产物。
合适的环醚例如是氧化苯乙烯类、环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃、环氧丁烷、表氯醇及其任意混合物。
可以使用的起始剂是在聚酯多元醇部分提及的OH官能度≥2的多元醇以及伯或仲胺和氨基醇。
优选的聚醚多元醇是仅基于环氧丙烷或基于环氧丙烷与另外的1-环氧烷的无规或嵌段共聚物的上述类型的那些,其中1-环氧烷的比例不高于80重量%。环氧丙烷均聚物和具有氧乙烯、氧丙烯和/或氧丁烯单元的无规或嵌段共聚物是特别优选的,其中基于所有氧乙烯单元、氧丙烯单元和氧丁烯单元的总量计,氧丙烯单元的比例为至少20重量%,优选至少45重量%。在此,氧丙烯-和氧丁烯-包含各自所有的直链和支链的C3-和C4-异构体。
这样的聚醚多元醇优选具有数均摩尔质量是250-10000g/mol,特别优选500-8500g/mol和非常特别优选600-4500g/mol。OH官能度优选是1.5-4.0,特别优选1.8-3.1。
作为具体的聚醚多元醇优选使用由包含Y(Xi-H)n(其中i = 1至10且n = 2至8)类型且数均分子量大于1500 g/mol的羟基官能的多嵌段共聚物的异氰酸酯反应性组分构成的那些,其中片段Xi在每种情况中由式I的氧亚烷基单元构成:
其中R是氢、烷基或芳基,其也可以被取代或可以被杂原子(如醚氧)中断,Y是形成基础的起始剂,并且基于片段Xi和Y的总量计,片段Xi的比例为至少50重量%。
外嵌段Xi占Y(Xi-H)n的总摩尔质量的至少50重量%,优选66重量%,并且由符合式I的单体单元构成。在Y(Xi-H)n中,n优选是2-6的数,特别优选2或3和非常特别优选等于2。在Y(Xi-H)n中,i优选是1-6的数,特别优选1-3的数和非常特别优选等于1。
在式I中,R优选是氢、甲基、丁基、己基或者辛基或者含有醚基的烷基。优选的含有醚基的烷基是基于氧亚烷基单元的那些。
多嵌段共聚物Y(Xi-H)n优选具有大于1200g/mol,特别优选大于1950g/mol,但是优选不大于12000g/mol,特别优选不大于8000g/mol的数均分子量。
Xi嵌段可以是仅由相同的氧亚烷基重复单元构成的均聚物。它们也可以由不同的氧亚烷基单元无规构成或者在它们那方面由不同的氧亚烷基单元嵌段构成。
优选嵌段Xi仅基于环氧丙烷或者环氧丙烷与另外的1-环氧烷的无规或者嵌段混合物,其中所述另外的1-环氧烷的比例不高于80重量%。
特别优选的嵌段Xi是环氧丙烷均聚物和无规或者嵌段共聚物,其具有氧乙烯-和/或氧丙烯单元,其中氧丙烯单元的比例占所有氧乙烯-和氧丙烯单元的总量的至少20重量%,优选40重量%。
如进一步在下文中所述,通过上述环氧烷的开环聚合将嵌段Xi加成到n倍羟基-或者氨基-官能的起始剂嵌段Y(H)n上。
在Y(Xi-H)n中包含小于50重量%,优选小于34重量%的内嵌段Y由基于环醚的二羟基官能的聚合物结构和/或更高羟基官能的聚合物结构构成,或者由二羟基官能的和/或更高羟基官能的聚碳酸酯-、聚酯-、聚(甲基)丙烯酸酯-、环氧树脂-和/或聚氨酯结构单元或相应的杂化物构建。
合适的聚酯多元醇是直链聚酯二醇或者支化的聚酯多元醇,如其可以以已知的方式,由脂族、脂环族或者芳族二或者多元羧酸或者它们的酸酐,例如诸如琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、壬烷二甲酸、癸烷二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸或者偏苯三酸和酸酐,例如邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐或琥珀酸酐或者其彼此的任意混合物,与多元醇例如诸如乙二醇,二-、三-、四甘醇,1,2-丙二醇,二-、三-、四丙二醇,1,3-丙二醇,1,4-丁二醇,1,3-丁二醇,2,3-丁二醇,1,5-戊二醇,1,6-己二醇,2,2-二甲基-1,3-丙二醇,1,4-二羟基环己烷,1,4-二羟甲基环己烷,1,8-辛二醇,1,10-癸二醇,1,12-十二烷二醇或其混合物来制备,任选共同使用更高官能的多元醇,例如三羟甲基丙烷或甘油。脂环族和/或芳族二-和多羟基化合物当然也是用于制备聚酯多元醇的合适的多元醇。代替游离的多元羧酸,还可以使用相应的多元羧酸酐或者为制备聚酯可以使用低级醇或其混合物的相应的多元羧酸酯。
所述聚酯多元醇还可以基于天然原材料例如蓖麻油。该聚酯多元醇同样可以基于内酯的均聚物或混合聚合物,如其优选可以通过内酯或者内酯混合物(例如丁内酯、ε-己内酯和/或甲基-ε-己内酯)与羟基官能的化合物(例如OH官能度优选2的例如前述的类型的多元醇)的加成反应来获得。
这样的聚酯多元醇优选具有数均摩尔质量是200-2000g/mol,特别优选400-1400g/mol。
合适的聚碳酸酯多元醇可以以本身已知的方式,通过有机碳酸酯或者光气与二元醇或二元醇混合物的反应来获得。
合适的有机碳酸酯是二甲基-、二乙基-和二苯基碳酸酯。
合适的二元醇或者混合物包括在聚酯多元醇的范围内提到的OH官能度为 2的多元醇,优选1,4-丁二醇、1,6-己二醇和/或3-甲基戊二醇。也可以将聚酯多元醇转化成聚碳酸酯多元醇。二甲基-或二乙基碳酸酯特别优选用于所述醇生成聚碳酸酯多元醇的反应中。
这样的聚碳酸酯多元醇优选具有数均摩尔质量是400-2000g/mol,特别优选是500-1400g/mol和非常特别优选650-1000g/mol。
合适的聚醚多元醇同样是环醚在OH-或NH-官能起始剂分子上嵌段构建的加聚产物。例如可以提及作为聚醚多元醇的是氧化苯乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃、环氧丁烷、表氯醇的加聚产物,以及它们的混合加成产物和接枝产物,和通过多元醇或其混合物的缩合所获得的聚醚多元醇,和通过多元醇、胺和氨基醇的烷氧基化所获得的聚醚多元醇。
环醚的合适的聚合物具体是四氢呋喃的聚合物。
可以作为起始剂的是在聚酯多元醇部分所提及的多元醇,和伯或仲胺和氨基醇,它们的OH或NH官能度是2-8,优选2-6,特别优选2-3,非常特别优选2。
这样的聚醚多元醇优选具有数均摩尔质量是200-2000g/mol,特别优选400-1400g/mol和非常特别优选650-1000g/mol。
四氢呋喃的聚合物优选用作用于起始剂的聚醚多元醇。
当然,上述组分的混合物也可以用于内嵌段Y。
用于内嵌段Y的优选的组分是数均摩尔质量小于3100g/mol的四氢呋喃以及脂族聚碳酸酯多元醇和聚酯多元醇和ε-己内酯的聚合物。
用于内嵌段Y的特别优选的组分是数均摩尔质量小于3100g/mol的四氢呋喃的二官能聚合物以及二官能脂族聚碳酸酯多元醇和聚酯多元醇和ε-己内酯的聚合物。
非常特别优选该起始剂嵌段Y基于数均摩尔质量大于500g/mol和小于2100g/mol的二官能的脂族聚碳酸酯多元醇、聚(ε-己内酯)或者四氢呋喃的聚合物。
优选所用的结构Y(Xi-H)n的嵌段共聚物包含多于50重量%的上述嵌段Xi,并且具有大于1200g/mol的数均总摩尔质量。
特别优选的嵌段共聚多元醇由少于50重量%的脂族聚酯、脂族聚碳酸酯多元醇或者聚-THF和多于50重量%的上述根据本发明描述的嵌段Xi构成,并且具有大于1200g/mol的数均摩尔质量。特别优选的嵌段共聚物由少于50重量%的脂族聚碳酸酯多元醇、聚(ε-己内酯)或聚-THF和多于50重量%的上述根据本发明描述的嵌段Xi构成,并且具有大于1200g/mol的数均摩尔质量。
非常特别优选的嵌段共聚物由少于34重量%的脂族聚碳酸酯多元醇、聚(ε-己内酯)或聚-THF和多于66重量%的上述根据本发明描述的嵌段Xi构成,并且具有大于1950g/mol和小于9000g/mol的数均摩尔质量。
所述的嵌段共聚多元醇通过环氧烷加成法制备。
使用具有在光化辐射的作用下与烯属不饱和化合物聚合反应的基团(辐射固化基团)并且本身不含NCO基团的一种或多种不同化合物作为写入单体B)。该写入单体优选是丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。氨基甲酸酯丙烯酸酯和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯是非常特别优选的。
在另一优选的实施方案中提供,写入单体B)包含至少一种单-和/或多官能写入单体,其中其尤其可以是单-和多官能的丙烯酸酯写入单体。特别优选该写入单体可包含至少一种单官能和一种多官能氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
所述丙烯酸酯写入单体具体可以是通式(II)的化合物:
其中,n≥1和n≤4,且R1、R2彼此独立地是氢、直链的、支链的、环状的或者杂环的未取代的或任选被杂原子取代的有机基团。特别优选R2是氢或者甲基和/或R1是直链的、支链的、环状的或者杂环的未取代的或者任选被杂原子取代的有机基团。
同样可以加入另外的不饱和的化合物例如α,β-不饱和羧酸衍生物例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、富马酸酯、马来酰亚胺、丙烯酰胺、以及乙烯基醚、丙烯基醚、烯丙基醚和含二环戊二烯基单元的化合物以及烯属不饱和化合物例如诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、烯烃例如1-辛烯和/或1-癸烯、乙烯基酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸。但是优选丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
通常,丙烯酸和甲基丙烯酸的酯被称作丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。可以使用的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的例子是丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸乙酯,甲基丙烯酸乙酯,乙氧基乙基丙烯酸酯,乙氧基乙基甲基丙烯酸酯,丙烯酸正丁酯,甲基丙烯酸正丁酯,丙烯酸叔丁酯,甲基丙烯酸叔丁酯,丙烯酸己酯,甲基丙烯酸己酯,丙烯酸-2-乙基己基酯,甲基丙烯酸-2-乙基己基酯,丁氧基乙基丙烯酸酯,丁氧基乙基甲基丙烯酸酯,丙烯酸月桂酯,甲基丙烯酸月桂酯,丙烯酸异冰片酯,甲基丙烯酸异冰片酯,丙烯酸苯基酯,甲基丙烯酸苯基酯,对氯苯基丙烯酸酯,对氯苯基甲基丙烯酸酯,对溴苯基丙烯酸酯,对溴苯基甲基丙烯酸酯,2,4,6-三-氯苯基丙烯酸酯,2,4,6-三氯苯基甲基丙烯酸酯,2,4,6-三溴苯基丙烯酸酯,2,4,6-三-溴苯基甲基丙烯酸酯,五氯苯基丙烯酸酯,五氯苯基甲基丙烯酸酯,五溴苯基丙烯酸酯,五溴苯基甲基丙烯酸酯,五溴苄基丙烯酸酯,五溴苄基甲基丙烯酸酯,苯氧基乙基丙烯酸酯,苯氧基乙基甲基丙烯酸酯,苯氧基乙氧基乙基丙烯酸酯,苯氧基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯,苯硫基乙基丙烯酸酯,苯硫基乙基甲基丙烯酸酯,2-萘基丙烯酸酯,2-萘基甲基丙烯酸酯,1,4-双(2-硫萘基)-2-丁基丙烯酸酯,1,4-双(2-硫萘基)-2-丁基甲基丙烯酸酯,丙烷-2,2-二基双[(2,6-二溴-4,1-亚苯基)氧(2-{[3,3,3-三(4-氯苯基)-丙酰基]氧}丙烷-3,1-二基)氧乙烷-2,1-二基]二丙烯酸酯,双酚A二丙烯酸酯,双酚A二甲基丙烯酸酯,四溴双酚A二丙烯酸酯,四溴双酚A二甲基丙烯酸酯及其乙氧基化的类似化合物,N-咔唑基丙烯酸酯,以列举可以使用的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的一种选择。
氨基甲酸酯丙烯酸酯被理解为表示这样的化合物,其具有至少一个丙烯酸酯基团,该基团另外具有至少一个氨基甲酸酯键。已知的是这样的化合物可以通过羟基官能的丙烯酸酯与异氰酸酯官能的化合物反应来获得。
能够用于此目的异氰酸酯官能化合物的例子是芳族、芳脂族、脂族和脂环族二-、三-或者多异氰酸酯。还可以使用这样的二-、三-或者多异氰酸酯的混合物。合适的二-、三-或者多异氰酸酯的例子是亚丁基二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯(HDI),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),1,8-二异氰酸酯根合-4-(异氰酸酯根合甲基)辛烷,2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯,异构的双(4,4‘-异氰酸酯根合环己基)甲烷及其任意异构体含量的混合物,异氰酸酯根合甲基-1,8-辛烷二异氰酸酯,1,4-环己基二异氰酸酯,异构的环-己烷二亚甲基二异氰酸酯,1,4-亚苯基二异氰酸酯,2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯,1,5-亚萘基二异氰酸酯,2,4‘-或者4,4‘-二苯基甲烷二异氰酸酯,1,5-亚萘基二异氰酸酯,间甲基硫苯基异氰酸酯,三苯基甲烷-4,4‘,4‘‘-三异氰酸酯和三(对异氰酸酯根合苯基)硫代磷酸酯或者其具有氨基甲酸酯-、脲-、碳二亚胺-、酰基脲-、异氰脲酸酯-、脲基甲酸酯-、缩二脲-、噁二嗪三酮-、脲二酮-或者亚氨基噁二嗪二酮结构的衍生物及其混合物。在此,芳族或者芳脂族二-、三-或者多异氰酸酯是优选的。
适合用于制备氨基甲酸酯丙烯酸酯的羟基官能的丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯是化合物例如(甲基)丙烯酸-2-羟基乙基酯,聚氧化乙烯单(甲基)丙烯酸酯,聚氧化丙烯单(甲基)丙烯酸酯,聚氧化烯单(甲基)丙烯酸酯,聚(ε-己内酯)单(甲基)丙烯酸酯,例如诸如Tone?M100(Dow,Schwalbach,德国),(甲基)丙烯酸-2-羟-基丙基酯,(甲基)丙烯酸-4-羟基丁基酯,3-羟基-2,2-二甲基丙基(甲基)丙烯酸酯,(甲基)丙烯酸羟基丙基酯,2-羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯,多元醇的羟基-官能的单-、二-或者四丙烯酸酯,例如三羟甲基丙烷,甘油,季戊四醇,二季戊四醇,乙氧基化的、丙氧基化的或者烷氧基化的三羟甲基丙烷,甘油,季戊四醇,二季戊四醇或者其工业混合物。丙烯酸-2-羟基乙基酯,丙烯酸羟基丙基酯,丙烯酸4-羟基丁基酯和聚(ε-己内酯)单(甲基)丙烯酸酯是优选的。另外,作为异氰酸酯反应性低聚的或者聚合的不饱和的含有丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基团的化合物适合单独的或者与上述单体化合物相组合。同样可以使用本身已知的含有羟基的OH含量为20-300mgKOH/g的环氧(甲基)丙烯酸酯或者含有羟基的OH含量为20-300mgKOH/g的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯或者OH含量为20-300mgKOH/g的丙烯酸酯化的聚丙烯酸酯及其彼此的混合物和与含有羟基的不饱和聚酯的混合物以及与聚酯(甲基)丙烯酸酯的混合物或者含有羟基的不饱和聚酯与聚酯(甲基)丙烯酸酯的混合物。
特别优选可获自三(对异氰酸酯根合苯基)硫代磷酸酯和间甲基硫苯基异氰酸酯与醇官能的丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸羟基乙基酯、(甲基)丙烯酸羟基丙基酯和(甲基)丙烯酸羟基丁基酯的反应的氨基甲酸酯丙烯酸酯。
所用的光引发剂C)是通常可以通过光化辐射活化的化合物,其能够引发相应基团的聚合。
对光引发剂可以分为单分子引发剂(类型I)和双分子引发剂(类型II)。此外将它们根据它们的化学性质分为用于自由基、阴离子、阳离子或混合类型的聚合的光引发剂。
用于自由基光聚合的类型I光引发剂(Norrish-类型-I)在辐射时通过单分子键裂解而形成了自由基。
类型-I-光引发剂的例子是三嗪类化合物,例如三(三氯甲基)三嗪,肟类,苯偶姻醚,苯偶酰缩酮类,α-α-二烷氧基苯乙酮,苯基乙醛酸酯,双咪唑类,芳酰基氧化膦例如2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦,锍盐和碘鎓盐。
用于自由基聚合的类型-II-光引发剂(Norrish-类型-II)在辐射时进行双分子反应,其中该光引发剂以激发态与第二分子共引发剂反应,并且通过电子-或质子转移或直接夺氢形成引发聚合的自由基。
类型-II-光引发剂的例子是醌类例如樟脑醌,芳族酮化合物例如组合有叔胺的苯甲酮类,烷基苯甲酮,卤代苯甲酮类,4,4‘-双(二甲基氨基)苯甲酮(米氏酮),蒽酮,对(二甲基氨基)苯甲酸甲酯,噻吨酮,酮香豆素,α-氨基烷基苯某酮,α-羟基烷基苯某酮和阳离子染料例如亚甲基蓝,与叔胺组合。
类型I-和类型-II-光引发剂用于UV和短波可见光范围,对于波长较长的可见光范围主要使用类型-II-光引发剂。
在EP0223587A中所述的光引发剂体系(由烷基芳基硼酸铵和一种或多种染料的混合物组成)也可以作为类型-II-光引发剂用于自由基聚合。合适的烷基芳基硼酸铵的例子是三苯基己基硼酸四丁基铵,三苯基丁基硼酸四丁基铵,三萘基己基硼酸四丁基铵,三(4-叔丁基)苯基丁基硼酸四丁基铵,三(3-氟苯基)己基硼酸四丁基铵,三苯基苄基硼酸四甲基铵,(仲丁基)三苯基硼酸四(正己基)铵,1-甲基-3-辛基咪唑鎓二戊基二苯基硼酸盐和三(3-氯-4-甲基苯基)己基硼酸四丁基铵(Cunningham等人,RadTech'98 North America UV/EB Conference Proceedings,芝加哥,1998年4月19-22日)。
用于阴离子聚合的光引发剂通常是类型-I-体系,并且来源于第一行的过渡金属络合物。在此可以提及的例子是铬盐例如反式-Cr(NH3)2(NCS)4 -(Kutal等人,Macromolecules 1991,24,6872)或者二茂铁化合物(Yamaguchi等人,Macromolecules 2000,33,1152)。
阴离子聚合的另一可能性在于使用染料,例如结晶紫无色腈(Leuconitril)或者孔雀石绿无色腈,其能够通过光解分解来聚合氰基丙烯酸酯(Neckers等人,Macromolecules 2000,33,7761)。所述生色团(Chromophor)被整合进入聚合物,因此得到的聚合物是有色的。
用于阳离子聚合的光引发剂基本由三类组成:芳基重氮盐,鎓盐(这里具体的:碘鎓、锍和硒鎓盐)以及有机金属化合物。苯基重氮盐能够在氢给体存在以及不存在下辐射产生引发聚合的阳离子。整个体系的效率是通过用于重氮化合物的抗衡离子的性质来决定的。优选反应性小但是非常昂贵的SbF6 -、AsF6 -或PF6 -。这些化合物通常不太适用于涂覆薄膜,因为由于曝光后释放的氮降低了表面品质(针孔)(Li等人,Polymeric Materials Science and Engineering,2001,84,139)。
非常广泛使用并且也以广泛的多种形式市售可得的是鎓盐,特别是锍和碘鎓盐。已经对于这些化合物的光化学进行了持续的研究。激发后,碘鎓盐首先均匀分裂并由此产生自由基和自由基阳离子,其首先通过夺氢转化为阳离子,最后释放质子并因此引发阳离子聚合(Dektar等人,J.Org.Chem.1990,55,639;J.Org.Chem.,1991,56.1838)。这种机理使得碘鎓盐同样可以用于自由基光聚合。抗衡离子的选择在这里同样是非常重要的。同样优选使用SbF6 -、AsF6 -或PF6 -。在其他方面,在这种结构种类中,对于芳烃上的取代的选择是相当自由的并且主要由用于合成的适当起始结构基元的可用性决定。锍盐是根据Norrish-类型-II分解的化合物(Crivello等人,Macromolecules,2000,33,825)。在锍盐的情况下,抗衡离子的选择也十分重要,其主要体现在聚合物的固化速率。最佳结果通常用SbF6 -盐实现。
因为碘鎓盐和锍盐的固有吸收<300nm,这些化合物应相应使用近UV或短波可见光使其敏化。这是通过使用吸收较长波长的芳香化合物例如蒽和衍生物(Gu等人,Am.Chem.Soc.Polymer Preprints,2000,41(2),1266)或者吩噻嗪和/或其衍生物(Hua等人,Macromolecules 2001,34,2488-2494)来实现的。
可能有利的是使用这些光敏剂的混合物或光引发剂。取决于所用的辐射源,光引发剂类型和浓度必须以本领域技术人员已知的方式来调整。其他记载在例如P.K.T.Oldring(Ed.),Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings,Inks & Paints,第3卷,1991,SITA Technology,伦敦,第61-328页中。
优选的光引发剂是四己基硼酸四丁基铵、三苯基己基硼酸四丁基铵、三苯基丁基硼酸四丁基铵、三(3-氟苯基)己基硼酸四丁基铵([191726-69-9],CGI7460,由瑞士巴塞尔的BASF SE生产)和三(3-氯-4-甲基苯基)己基硼酸四丁基铵([1147315-11-4],CGI909,由瑞士巴塞尔的BASF SE生产)与例如H.Berneth在Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Cation Dyes,Wiley-VCH Verlag,2008中所述的阳离子染料的混合物。
阳离子染料的例子是Astrazon橙,碱性蓝3,碱性橙22,碱性红13,碱性紫7,亚甲基蓝,新亚甲基蓝,Azure A,Pyrillium I,Safranin O,花青,棓花青,亮绿,结晶紫,乙基紫和劳氏紫。
特别优选本发明的光聚合物组合物包含式F+An-的阳离子染料。
式F+的阳离子染料优选是以下类别的那些:吖啶染料,呫吨染料,噻吨染料,吩嗪染料,吩噁嗪染料,吩噻嗪染料,三(杂)芳基甲烷染料,特别是二氨基-和三氨基(杂)芳基甲烷染料,单-、二-和三次甲基花青染料,半花青染料,外部阳离子部花青染料,外部阳离子中性花青染料,零次甲基染料,特别是萘内酰胺(Naphtholactam)染料,链霉菁染料(Streptocyanin-Farbstoffe)。这样的染料描述在例如H.Berneth在Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Azine Dye,Wiley-VCH Verlag,2008,H.Berneth在Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Methine Dyes and Pigments,Wiley-VCH Verlag,2008,T.Gessner,U.Mayer in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Triarylmethane and Diarylmethane Dyes,Wiley-VCH Verlag,2000中。
An-被理解为指的是阴离子。优选的阴离子An-特别是C8-到C25-烷基磺酸根,优选 C13-到C25-烷基磺酸根,C3-到C18-全氟烷基-磺酸根,在烷基链中带有至少3个氢原子的C4-到C18-全氟烷基磺酸根,C9-到C25-链烷酸根,C9-到C25-链烯酸根,C8-到C25-烷基硫酸根,优选C13-到C25-烷基硫酸根,C8-到C25-链烯基硫酸根,优选 C13-到C25-烯基硫酸根,C3-到C18-全氟烷基硫酸根,在烷基链中带有至少3个氢原子的C4-到C18-全氟烷基硫酸根,基于至少4当量的环氧乙烷和/或4当量的环氧丙烷的聚醚硫酸根,双C4-到C25-烷基磺基琥珀酸根,双C5-到C7-环烷基磺基琥珀酸根,双C3-到C8-烯基磺基琥珀酸根,双C7-到C11-芳烷基磺基琥珀酸根,被至少8个氟原子取代的双C2-到C10-烷基磺基琥珀酸根,C8-到C25-烷基磺基乙酸根,被选自下面的至少一个残基取代的苯磺酸根:卤素、C4-到C25--烷基、全氟-C1-到C8-烷基和/或 C1-到C12-烷氧基羰基,任选被硝基、氰基、羟基、C1-到C25-烷基、C1-到C12-烷氧基、氨基、C1-到C12-烷氧基羰基或氯取代的萘-或者联苯磺酸根,任选被硝基、氰基、羟基、C1-到C25-烷基、C1-到C12-烷氧基、C1-到C12-烷氧基羰基或氯取代的苯-、萘-或者联苯二磺酸根,被二硝基、C6-到C25--烷基、C4-到C12-烷氧基羰基、苯甲酰、氯苯甲酰-或甲苯酰取代的苯甲酸根,萘二羧酸的阴离子、二苯基醚二磺酸根、脂族C1-到C8-醇或者甘油的磺酸化的或者硫酸化的、任选至少单不饱和的C8-到C25-脂肪酸酯、双(磺基-C2-到C6-烷基)C3-C12烷基二羧酸根、双(磺基-C2-C6-烷基)衣康酸根、C3-到C12-烷基二羧酸根、双(磺基-C2-到C6-烷基)衣康酸根、(磺基-C2-到C6-烷基)C6-到C18-烷基羧酸酯、(磺基-C2-到C6-烷基)丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、任选被最多12个卤素取代的三儿茶酚磷酸根,下组的阴离子:四苯硼酸根、氰基三苯基硼酸根、四苯氧基硼酸根、C4-到C12-烷基三苯基硼酸根,其苯基或者苯氧基可以被卤素、C1-到C4-烷基和/或 C1-到C4-烷氧基取代,C4-到C12-烷基三萘基硼酸根、四-C1-到C20-烷氧基硼酸根、7,8-或7,9-二碳代巢式十一硼酸根(Dicarba-nido-undecaborat) (1-)或(2-),其任选在B和/或 C原子上被一个或两个C1-到C12-烷基或苯基取代,十二氢二碳代十二硼酸根(2-)或B-C1-到C12-烷基-C-苯基-十二氢-二碳代十二硼酸根(1-),其中在多价阴离子例如萘二磺酸根中的An-代表了1当量的这种阴离子,和其中烷烃和烷基可以是支化的和/或可以被卤素、氰基、甲氧基、乙氧基、甲氧基羰基或者乙氧基羰基取代。
特别优选的阴离子是仲C11-到C18-烷基磺酸根、C13-到C25-烷基硫酸根、支化的C8-到C25-烷基硫酸根、任选支化的双C6-到C25-烷基磺基琥珀酸根、仲-或叔-C4-到C25-烷基苯磺酸根、脂族C1-到C8-醇或甘油的磺酸化的或硫酸化的任选至少单不饱和的C8-到C25-脂肪酸酯、双(磺基-C2-到C6-烷基)C3-到C12-烷基二羧酸酯、(磺基-C2-到C6-烷基)-C6-到C18-烷基羧酸酯、被最多12个卤素取代的三儿茶酚磷酸根、氰基三苯基硼酸根、四苯氧基硼酸根、丁基三苯基硼酸根。
还优选所述染料的阴离子An-的AClogP在1-30的范围,特别优选在1-12的范围和特别优选在1-6.5的范围。AClogP根据J.Comput.Aid.Mol.Des.2005,19,453;Virtual Computational Chemistry Laboratory,http://www.vcclab.org计算。
特别优选具有吸水率≤5重量%的染料 F+An-。
吸水率由式(F-1)计算
其中mf是水饱和后的染料质量,和mt是干燥的染料的质量。mt通过将给定量的染料干燥至恒定质量确定,例如在高温减压下。mf通过将给定量的染料放置于给定空气湿度的空气中至恒定重量而确定。
非常特别优选该光引发剂包含吸收光谱至少部分覆盖400至800nn光谱范围的染料与至少一种与该染料匹配的共引发剂的组合。
催化剂D)可以包含至少一种通式(III)或(IV)的化合物
其中
R3是任选被杂原子尤其是氧,甚至在链中取代的含有1-30个碳原子的直链或支化烷基,且
L L各自彼此独立地是-O2C-R4基团,其中R4是任选被杂原子尤其是氧,甚至在链中取代的含有1-30个碳原子的直链或支化烷基,含有2-30个碳原子的烯基或含有或未含杂原子的被任意取代或未取代的任选多环的芳环。
这里特别优选R3是含有1-12个碳原子的直链或支化的烷基,特别优选甲基、乙基、丙基,正、异、叔丁基,正辛基,并且非常特别优选正、异、叔丁基,和/或R4是任选被杂原子尤其是氧,甚至在链中取代的含有1-17个碳原子的直链或支化烷基,或者具有2-17个碳原子的烯基,特别优选具有3-13个碳原子的直链或支化的烷基或者烯基,非常特别优选具有5-11个碳原子的直链或支化的烷基或者烯基。更特别地,所有的L相同。
另外的合适的催化剂例如是通式(V)或(VI)的化合物。
其中M在每种情况中彼此独立地是-O2C-R5基团,其中R5是饱和或不饱和的或被杂原子取代的C1-到C19-烷基或C2-到C19--烯基,尤其是C6-到C11-烷基和特别优选C7-到C9-烷基,或任选芳族或任意被氧或氮任意取代的C1-到C18-烷基,其中式(V)和(VI)中的M不必相同。
特别优选催化剂D) 选自上文提到的式(III)和/或(IV)的化合物。
该光聚合物组合物的另外的成分可以是:自由基稳定剂或者其他助剂和添加剂。
根据另一优选的实施方案提供,该光聚合物组合物另外包含添加剂F)和特别优选氨基甲酸酯作为添加剂,其中该氨基甲酸酯尤其可被至少一个氟原子取代。
添加剂F)可以优选具有通式(VII)
其中m≥1和m≤8,和R6、R7、R8彼此独立地是氢,直链、支化的、环状的或者杂环的未取代的或者任选也被杂原子取代的有机基团,其中优选R6、R7、R8的至少一个被至少一个氟原子取代,并特别优选R6是具有至少一个氟原子的有机基团。特别优选R6是直链的、支化的、环状的或者杂环的未取代的或者任选也被杂原子令人氟取代的有机基团。
本发明还提供了一种全息介质,其含有本发明的光聚合物组合物或者可以使用本发明的光聚合物组合物来获得。
根据本发明的全息介质的一种优选的实施方案可以包含光聚合物组合物制成的膜。在这种情况中,它可以另外还包含覆层和/或载体层,其任选分别至少局部与所述膜连接。
以本发明的全息介质还可以用常规方法曝光全息图。
本发明此外进一步提供本发明的光聚合物组合物用于生产全息介质的用途。
本发明还提供生产全息介质的方法,其中
(I) 通过混合所有成分制备本发明的光聚合物组合物,
(V) 在加工温度以对于全息介质而言所期望的形式引入所述光聚合物组合物,和
(VI)以期望的形式在高于加工温度的交联温度固化,形成氨基甲酸酯,
其中该加工温度尤其可以≥15℃和≤40℃并优选≥18℃和≤25℃,而交联温度可以≥60℃和≤100℃,优选≥70℃和≤95℃和特别优选≥75℃和≤90℃。
优选在步骤II)中将所述光聚合物组合物以膜的形式引入。为此,可以将该光聚合物组合物例如大面积施加到载体基材上,在该情况中例如可以使用本领域技术人员已知的装置如刮刀装置(刮板、辊衬刮刀、逗号棒(commabar)等)或者狭缝喷嘴。
作为载体基材可以优选使用对于可见光谱范围的光 (在400-780nm的波长范围透射率大于85%)是透明的材料或复合材料的层。但是,同样可以使用其他非透明的载体基材。
优选的载体基材的材料或者复合材料基于聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、乙酸纤维素、纤维素水合物、硝酸纤维素、环烯烃聚合物、聚苯乙烯、聚环氧化物、聚砜、三乙酸纤维素(CTA)、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛或聚二环戊二烯或其混合物。它们特别优选基于PC、PET和CTA。复合材料可以是箔层合体或者共挤出物。优选的复合材料是根据方案A/B、A/B/A或A/B/C之一所构建的双重和三重箔。特别优选PC/PET、PET/PC/PET和PC/TPU(TPU=热塑性聚氨酯)。
作为前述载体基材的替代选项,还可以使用平面玻璃板,特别是用于大面积精确成像曝光,例如用于全息光刻法(Holografic interference lithography for integrated optics. IEEE Transactions on Electron Devices (1978),ED-25(10),1193-1200,ISSN:0018-9383)。
该载体基材的材料或复合材料可以在一侧或两侧上进行抗粘、抗静电、疏水或亲水配备。在朝向光聚合物的一侧上,所述改变用于满足能够从载体基材上没有损坏地除去光聚合物的目的。在载体基材远离光聚合物的一侧上的改变用于确保本发明的介质满足特殊的机械要求,例如在辊层压机中,特别是以辊对辊方法中的加工时的要求。
该载体基材可以涂覆一侧或两侧。
本发明还提供了可以通过本发明的方法获得的全息介质。
本发明还进一步提供一种层结构,其包含载体基材、施加于其上的本发明光聚合物组合物的膜以及任选施加在该膜远离载体基材一侧上的覆层。
该层结构尤其可以在所述膜上具有一个或多个覆层,以防污物和环境影响。为此可以使用塑料膜或复合膜体系以及清漆。
该覆层优选使用类似于载体基材中所用的材料的箔材料,其可具有通常是5-200μm,优选8-125μm,特别优选20-50μm的厚度。
优选具有尽可能光滑的表面的覆层。这里决定性的度量是粗糙度,其是根据DIN EN ISO4288 “Geometrische Produkspezifikation (GPS)-Oberfl?chenbeschaffenheit...”(英语“Geometrical Product Specifications (GPS)-Surface texture…”),测试条件R3z正面和背面测定的。优选的粗糙度在小于或等于2μm,优选小于或等于0.5μm的范围。
所用覆层优选使用PE-或PET-箔,厚度是20-60μm。特别优选使用40μm厚度的聚乙烯箔。
在该层结构中同样可以在载体基材上施加另外的覆层作为保护层。
本发明同样提供了本发明的全息介质用于生产全息图,特别是同轴的、离轴的、全孔径转移的、白光透射的、丹尼苏克、离轴反射或者边缘照明全息图以及全息立体图的用途。
本发明的全息介质可以通过适当的曝光方法加工成用于在整个可见光范围和近UV范围(300 – 800nm)内的光学用途的全息图。视觉全息图包含所有可通过本领域技术人员已知的方法记录的全息图,其中尤其包括同轴(Gabor)全息图、离轴全息图、全孔径转移全息图、白光透射全息图(“彩虹全息图”)、丹尼苏克(Denisyuk)全息图、离轴反射全息图、边缘照明全息图和全息立体图;优选反射全息图、丹尼苏克全息图、透射全息图。
使用本发明的介质可以获得的全息图的可能的光学功能可以对应于下面的光学元件的光学功能:如透镜、镜子、偏转镜、滤光器、漫射屏、衍射元件、光导体、波导管、投影屏幕和/或掩模。这些光学元件常常根据如何照射全息图和根据全息图的大小表现出频率选择性。
此外,也可借助该全息膜生产例如用于个人肖像、安全文件中的生物识别表示的全息图像或描述,或通常用于广告、安全标签、商标保护、商标品牌、标签、设计元素、装饰、插图、多程车票的图像和这一类的,以及可描述数字数据的图像,尤其也与上述产品结合。全息图像可具有三维图像的印象,但它们可能也根据从什么角度、用什么光源(包括移动光源)照射等描述图像序列、短片或许多不同的物体。由于这些各式各样的设计可能性,全息图,特别是体全息图是用于上述用途的有吸引力的技术解决方案。
本发明在下文中借助实施例来更具体地阐明。
实施例:
所用材料:
异氰酸酯组分1是一种市售产品(Desmodur?N3900),来自德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG,其是一种基于己烷二异氰酸酯的多异氰酸酯,至少30%比例的亚氨基噁二嗪二酮,NCO含量:23.5%。
异氰酸酯组分2是一种实验产品(Desmodur? E VP XP2747),来自德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG,其是高含NCO的脂族预聚物,基于己烷二异氰酸酯,NCO含量:大约17%。
多元醇1-2是来自德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG的实验产品,它们的制造方法在下面描述。
写入单体1是来自德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG的实验产品,其如下所述来制备。
写入单体2是来自德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG的实验产品,其如下所述来制备。
添加剂是来自于德国Leverkusen的Bayer MaterialScience AG的实验产品,其如下所述来制备。
链转移试剂2是N-苯基甘氨酸酯,其获自德国Karlsruhe的ABCR GmbH & Co.KG。
链转移试剂3是TMPMA(三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)),其获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co KG。
链转移试剂4是季戊四醇四(3-巯基丁酸酯),其在名称Karenz MT PE-1下获自日本川崎的Showa Denko K.K.。
链转移试剂5是季戊四醇四(3-巯基丙酸酯),其获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co.KG。
链转移试剂6是Trigonox B(二叔丁基过氧化物),并且获自德国Emmerich的Akzo Nobel Polymer Chemicals B.V.。
链转移试剂7是Peroxan HX(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷),其获自德国Bocholt的Pergan GmbH。
链转移试剂8是GDMP(乙二醇二(3-巯基丙酸酯),其获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co.KG。
链转移试剂9是异辛基巯基乙酸酯,并且获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co.KG。
链转移试剂10是2-乙基己基巯基乙酸酯,并且获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co.KG。
链转移试剂11是TMPMP(三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),并且获自德国Marschacht的Bruno Bock Chemische Fabrik GmbH & Co.KG。
链转移试剂12是3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇,并且获自德国Steinheim的Sigma-Aldrich Chemie GmbH。
链转移试剂13是正十二烷基硫醇,并且获自德国Karlseruhe的Chempur Feinchemikalien und Forschungsbedarf GmbH。
链转移试剂14是正癸基硫醇(1-癸烷硫醇),并且获自德国Karlsruhe的Alfa Aesar GmbH & Co.KG。
链转移试剂15是3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯,并且获自德国Karlsruhe的ABCR GmbH & Co.KG。
光引发剂1:新亚甲基蓝0.10%,具有CGI909(来自瑞士巴塞尔的BASF SE的产品)1.0%,作为溶解在N-乙基吡咯烷酮(NEP)中的溶液,NEP比例是3.5%。百分比含量基于介质的所有组合物计。
光引发剂2:新亚甲基蓝(与十二烷基苯磺酸酯交换的盐)0.20%,Safranin O(与十二烷基苯磺酸酯交换的盐)0.10%和Astrazon Orange G(与十二烷基苯磺酸酯交换的盐)0.10%,具有CGI909(来自瑞士巴塞尔的BASF SE的产品)1.5%,作为溶解在N-乙基吡咯烷酮(NEP)中的溶液,NEP比例是3.5%。百分比含量基于介质的所有组合物计。
催化剂1:Fomrez? UL28 0.5%,氨基甲酸酯化催化剂,二甲基双[(1-氧杂新癸基)氧]锡烷,来自Momentive Performance Chemicals,Wilton,CT,USA的市售产品(作为在N-乙基吡咯烷酮中的10%的溶液来使用)。
Byk?310(有机硅基表面添加剂,来自BYK-Chemie GmbH,Wesel,25%的二甲苯溶液)0.3%。
基材1:Makrofol DE1-1 CC125μm(Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,德国)。
DMC催化剂:双金属氰化物催化剂,基于六氰基钴(III)酸锌,可以根据EP700949A所述的方法来获得。
Irganox1076是3,5-二(叔)-丁基-4-羟基氢肉桂酸十八烷基酯(CAS2082-79-3)。
测量方法:
OH值
所给出的OH值是根据DIN53240-2来测定的。
NCO值
所给出的NCO值(异氰酸酯含量)是根据DIN EN ISO11909来测定的。
粘度
为了测定粘度,除非另有指示,否则将待测组分或混合物在20℃施加在流变仪(来自Anton Paar Physica Modell MCR51)的锥板测量系统中。该测量是在下面的条件下进行的:
· 测量体:锥体CP25,d=25mm,角度=1°
· 作为锥体和板之间的间隔的测量间隙:0.047mm
· 测量时间:10s
· 粘度在250 1/s的剪切速率下测定。
在反射布置中通过双光束干涉测量全息介质的全息性质DE和Δn。
为了测量全息性能,剥离全息膜的保护膜并用橡胶辊在轻微压力下将该全息膜以光聚合物一侧层压到长度和宽度合适的1毫米厚的玻璃板上。现在可使用这红得自玻璃和光聚合物膜的这种夹层结构以测定全息性能参数DE和Δn。
借助空间滤波器(SF)并与准直透镜(CL)一起将He-Ne激光器的光束(发射波长633纳米)转化成平行均匀光束。通过虹彩光阑(I)确定信号和参照光束的最终横截面。虹彩光阑孔的直径为0.4厘米。偏振依赖性分束器(PBS)将激光束分成两个相干的相同偏振的光束。通过λ/2板,将参照光束的功率调节至0.5 mW并将信号束的功率调节至0.65 mW。使用半导体检测器(D)在移除样品的情况下测定功率。参照光束的入射角(α0)为-21.8°,信号束的入射角(β0)为41.8°。由样品法线开始朝向光束方向测量角度。因此根据图1,α0具有负号且β0具有正号。在样品(介质)位置,两个重叠光束的干扰场产生与入射在样品上的两个光束的角平分线垂直的亮带和暗带的光栅(反射全息图)。介质中的带间距Λ,也称作光栅周期,为~ 225 nm(假设该介质的折射率为~1.504)。
图1显示了全息试验构造,用其测量了介质的衍射效率(DE)。
以下列方式将全息图书写到介质中:
·将两个快门(S)在曝光时间t都打开。
·此后,在快门(S)关闭情况下,给介质留出5分钟时间以供仍未聚合的书写单体扩散。
现在以下列方式读取所记录的全息图。信号束的快门保持关闭。打开参照光束的快门。将参照光束的虹彩光阑关闭至直径< 1 mm。由此实现该光束在介质的所有旋转角(Ω)下始终完全在之前记录的全息图中。现在转盘在计算机控制下以0.05°的角度步宽覆盖Ωmin至Ω最大的角范围。从样品的法线方向到转盘的基准方向测量Ω。当在全息图记录过程中参照光束和信号束的入射角数量相同,即α0 = -31.8°和β0 = 31.8°时,则得出转盘的基准方向。则Ω记录为0°。在α0 = -21.8°和β0 = 41.8°时,Ω记录因此为10°。在记录全息图时,对干扰场而言通常适用:
θ0是在实验室系统中在介质外的半角且在记录全息图时适用:
在这种情况下,θ0因此为-31.8°。在各接近的旋转角Ω下,借助相应的检测器D测量以零阶透射的光束的功率,并借助检测器D测量以一阶衍射的光束的功率。在接近的各角度Ω下,衍射效率作为商由下式得出:
P D 是经衍射的光束在该检测器中的功率,P T 是经透射的光束在该检测器中的功率。
借助上述方法,测量所记录的全息图的布拉格曲线(其描述衍射效率η对旋转角Ω的依赖性)并储存在计算机中。此外,也记录对旋转角Ω的以零阶透射的强度并储存在计算机中。
在Ω重构处测定全息图的最大衍射效率(DE = η最大),即其峰值。为此,可能必须改变衍射束的检测器位置以测定该最大值。
现在借助耦合波理论(参见H. Kogelnik, The Bell System Technical Journal, 第48卷, 1969年11月, Number 9 第2909页 – 第2947页)由测得的布拉格曲线和透射强度的角度进程得出光聚合物层的折射率反差Δn和厚度d。这里必须注意,由于因光聚合而出现的厚度波动,全息图的带间距Λ’和带的方向(倾斜度)会与干涉图的带间距Λ及其方向有偏差。因此,角度α 0’或相应的达到最大衍射效率的转盘角度Ω重构也与α0或相应的Ω记录有偏差。因此,布拉格条件改变。在评测法中将这种变化计入考虑。下面描述评测法:
与记录的全息图有关并与干涉图无关的所有几何量作为虚线表示的量显示。
根据Kogelnik,对反射全息图的布拉格曲线η(Ω)适用:
其中:
在读取全息图(“重构”)时,与上文所述类似地适用:
在布拉格条件下,“移相”DP为0。因此相应地:
在假设仅发生厚度波动的条件下,可以由记录全息图时干扰场的布拉格条件与读取全息图时的布拉格条件的比较得到仍未知的角度β’。则其如下所示:
ν是光栅厚度,ξ是失谐参数且ψ’是记录的折射率光栅的方向(倾斜度)。α’和β’对应于在记录全息图时干扰场的角度α0和β0,但在介质中测量并适用于全息图的光栅(在厚度波动后)。n是光聚合物的平均折射率并设定为1.504。λ是激光在真空中的波长。
ξ = 0下的最大衍射效率(DE = η最大)随之为:
将衍射效率的测量数据、理论布拉格曲线和透射强度如图4中所示一般对被放在中心的旋转角,也称作角度失谐作图。
由于DE是已知的,根据Kogelnik的理论布拉格曲线的形状仅由光聚合物层的厚度d’来确定。在给定厚度d’下通过DE再如此校正Δn,以使DE的测量值和理论值始终相符。现在调节d’直至理论布拉格曲线的第一次极最小值的角度位置与透射强度的第一次极最大值的角度位置相符,并且此外理论布拉格曲线和透射强度的半高全宽(FWHM)相符。
由于反射全息图中的方向在重构时借助于Ω扫描一起旋转但衍射光检测器仅能检测有限的角度范围,因此在Ω扫描时并没有完全检测宽全息图(小d’)的布拉格曲线,而是仅在中心区域中在合适的检测器定位的情况下检测。因此,与布拉格曲线互补的透射强度的形状另外被考虑用于调节层厚度d’。
图2显示根据耦合波理论的布拉格曲线η(虚线)、测得的衍射效率(实心圆)和透射功率(黑色实线)对角度失谐ΔΩ的图。
对一种配制品而言,这一程序可能在不同介质上以不同曝光时间t重复数次,以确定在记录全息图时在多大的入射激光束平均能量剂量下DE变为饱和值。平均能量剂量E如下式所示由角度α0和β0分配的两个部分光束的功率(具有Pr = 0.50 mW的参照光束和具有Ps = 0.63 mW的信号光束)、曝光时间t和虹彩光阑的直径(0.4厘米)获得:
如此调节部分光束的功率,使得在所用角度α0和β0下,在介质中达到相同的功率密度。
作为替代I,也用在真空中发射波长λ为532纳米的绿色激光进行与图1中所示构造等效的试验。在此,α0 = -11.5°和β0 = 33.5°和Pr = 1.84 mW和Ps = 2.16 mW。
作为替代II,用在真空中发射波长λ为473nm的蓝色激光进行与图1中所示构造等效的试验。在这个测试中,α0=-22.0°和β0=42.0°和Pr=1.78mW和Ps=2.22mW。在实施例中分别报告了Δn的最大值。
光聚合物膜中的光聚合物层的层厚度的测量
物理层厚度是使用市售的白光干涉仪来测量的,例如来自于Ingenieursbüro Fuchs的FTM-Lite NIR层厚度测量仪。
层厚度测量原则上基于薄层中的干涉现象。在不同光密度的两个界面处反射的光波叠加。反射的子束不受干扰的叠加因此导致了白色连续辐射体(例如卤素灯)的光谱中周期性变亮和变暗。这种叠加被本领域技术人员称作干涉。测量这些干涉光谱和进行算术评估。
物质的制备:
制备多元醇1:
将0.18克辛酸锡、374.8克ε-己内酯和374.8克双官能聚四氢呋喃聚醚多元醇(当量重量500 g/mol OH)预先放入1升的烧瓶中并加热至120℃,且保持在此温度直至固含量(非挥发性成分的比例)为99.5重量%或更高。此后,冷却并获得作为蜡质固体的产物。
制备多元醇2:
向反应器中装入2475g的双官能聚四氢呋喃聚醚多元醇(当量325g/mol OH),随后加入452.6mg的DMC催化剂。然后在大约70转/分钟搅拌的同时升温到105℃。通过三次施加真空和冲入氮气来施加真空,将搅拌器设定到300转/分钟。在0.1 bar的流速下引导N2从底部通过该混合物57分钟,随后建立了0.5 bar的N2压力,并且将100g的环氧乙烷(EO)和150g的环氧丙烷(PO)同时引入(压力升高到2.07bar)来开始聚合。10分钟后,压力降回0.68bar,将另外5.116kg的EO以及7.558kg的PO在2.34bar经1h53min送入。在环氧化物计量加入结束后31分钟,在2.16巴的残留压力下施加真空并进行完全脱气。产物通过添加7.5克Irganox 1076来稳定并作为粘稠的(1636mPas)液体(OH值27.1mg KOH/g) 获得。
制备写入单体1(硫代磷酸基(Phosphorthioyl)三(氧基-4,1-亚苯基亚氨基羰氧基乙烷-2,1-二基)三丙烯酸酯):
在500毫升圆底烧瓶中,先引入0.1克2,6-二-叔丁基-4-甲基酚、0.05克二月桂酸二丁基锡(Desmorapid? Z, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, Germany)以及和213.07克三(对异氰酸酯根合苯基)硫代磷酸酯在乙酸乙酯中的27%浓度溶液(Desmodur RFE, Bayer MaterialScience AG的产品)并加热至60℃。此后,逐滴加入42.37克丙烯酸-2-羟乙酯并使该混合物继续保持在60℃直至异氰酸酯含量降至0.1%以下。此后,进行冷却并在真空中完全除去乙酸乙酯。获得作为半结晶固体的产物。
制备写入单体2-({[3-(甲基硫烷基)苯基]-氨基甲酰基}氧基)乙基丙-2-烯酸酯:
在100毫升圆底烧瓶中,先引入0.02克2,6-二-叔丁基-4-甲基酚、0.01克Desmorapid? Z、11.7克3-(甲基硫代)苯基异氰酸酯并加热至60℃。此后,逐滴加入8.2克丙烯酸-2-羟乙酯并使该混合物继续保持在60℃直至异氰酸酯含量降至0.1%以下。然后进行冷却。获得浅黄色液体形式的产物。
制备添加剂1(双(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚基)-(2,2,4-三甲基己烷-1,6-二基双氨基甲酸酯):
在2000mL圆底烧瓶中初始加入0.02g的Desmorapid? Z和3.6g的2,4,4-三甲基己烷-1,6-二异氰酸酯(TMDI),并且加热到70℃。这之后逐滴加入11.39g的2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚-1-醇,将该混合物进一步保持在70℃,直到异氰酸酯含量降低到低于0.1%。这之后冷却。获得作为无色油的产物。
生产作为玻璃样品的介质的通用方法:
为了生产全息介质,任选在60℃,将写入单体B)、稳定剂(其可以已经预溶解在组分B)中)以及任选的助剂和添加剂溶解在所用的多元醇(异氰酸酯反应性组分b))中,然后加入10μm尺寸的玻璃珠(来自Whitehouse Scientific Ltd,Waverton,Chester,CH37PB,英国),并且彻底混合。其后,在黑暗中或者在合适的照明下,将一种或多种光引发剂C)称重并再次混合1分钟。任选将该混合物在干燥箱中加热到60℃,最长10分钟。然后加入异氰酸酯组分a1),并再混合1分钟。其后,加入催化剂D)的溶液,其后再次混合1分钟。将所获得的混合物在搅拌下在<1mbar脱气最长30秒,然后将它分配到50x75mm的玻璃板上,将它们每个用另外的玻璃板覆盖。将该组合物在15 kg重量下固化过夜。该光聚合物层的厚度是由所用的10μm直径的玻璃球产生的。因为具有不同起始粘度和不同的基质固化速度的不同的组合物并不总是导致光聚合物层相同的层厚d,因此对于每个样品,由写入的全息图的特性来分别确定d。
类似于这个方法来制备对比例V1-V3和本发明的实施例1-18的介质。
曝光对比例的介质V1-V3需要明显更高的剂量(使用剂量、用于最大DE的剂量、用于最大Δn的剂量)。相反,本发明实施例1-18表明通过使用链转移试剂在明显较低的剂量下可获得可比较的结果。
生产作为膜的介质的通用方法:
为了生产全息介质,任选在60℃,将写入单体B)、稳定剂(其可以已经预溶解在组分B)中)以及任选的助剂和添加剂溶解在所用的多元醇(异氰酸酯反应性组分b))中,并且彻底混合。其后,在黑暗中或者在合适的照明下,将一种或多种光引发剂C)称重并再次混合1分钟,由此获得透明溶液。然后加入异氰酸酯组分a),其随后再次混合1分钟。然后将所获得的液体物料施用到基材箔1上,并且在80℃干燥4.5分钟。确定干燥层厚度。
类似于该方法来生产对比例V4和V5和本发明的实施例19-25的介质。
在λ=633nm测量:
在λ=476nm测量:
曝光对比例的介质V4和V5需要明显更高的剂量(使用剂量、用于最大DE的剂量、用于最大Δn的剂量)。相反,本发明实施例1-25表明通过使用链转移试剂在明显较低的剂量可获得可比较的结果。
Claims (17)
1.光聚合物组合物,其至少包含基质聚合物A)、写入单体 B)、光引发剂C)和催化剂D),所述基质聚合物A)可以通过至少一种多异氰酸酯组分a)和异氰酸酯反应性组分b)的反应来获得,其特征在于,所述光聚合物组合物包含链转移试剂E)。
2.根据权利要求1的光聚合物组合物,其特征在于,所述链转移试剂E)包含选自下面的一种或多种化合物:1,3-二酮化合物、硫醇、硫化物、二硫化物、硫醚、过氧化物、氨基化合物、醚、酯、醇、缩醛、醛、酰胺、有机氯化物、有机溴化物和有机碘化物。
3.根据权利要求1的光聚合物组合物,其特征在于,所述链转移试剂E)包含选自下面的一种或多种化合物:单-和多-官能硫醇,优选单-、二-和多官能伯硫醇和/或二官能仲硫醇,二硫化物,硫酚,酯,胺,芳族醇,优选酚和萘酚,苄基醇,具有苄基氢原子的化合物,苄基卤化物,1,3-二酮化合物,过氧化物,缩醛和缩酮。
4.根据权利要求3的光聚合物组合物,其特征在于,所述伯硫醇是烷基硫醇,特别是具有直链或者支化的烷基,优选具有6-18个碳原子,和特别优选选自下面的一种或多种化合物:1-辛基硫醇、1-癸基硫醇、1-十二烷基硫醇和11,11-二甲基十二烷-1-硫醇,二-、三-和更高官能的硫醇,其具有至少一个伯SH-基团,特别是季戊四醇四(3-巯基丙酸酯),季戊四醇四(巯基乙酸酯),三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯),辛烷-1,8-二硫醇,3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇,乙二醇二(3-巯基丙酸酯),和优选仲硫醇是季戊四醇四(3-巯基丁酸酯)和/或季戊四醇四(2-巯基丙酸酯)。
5.根据权利要求3的光聚合物组合物,其特征在于,所述酯具有伯或仲氨基官能,特别是N-苯基甘氨酸乙酯或者带有至少一个-SR0基团的酯,其中R0可以是氢、直链或者支化的烷基或芳基,和所述酯尤其可选自下面的一种或多种化合物:3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯、2-乙基己基-3-巯基丙酸酯、3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯、异辛基巯基乙酸酯、2-乙基己基巯基乙酸酯。
6.根据权利要求3的光聚合物组合物,其特征在于,所述过氧化物具有高于80℃的1小时半衰期温度,和特别是包含选自下面的一种或多种化合物:二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、二月桂基过氧化物和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷。
7.根据权利要求1的光聚合物组合物,其特征在于,所述链转移试剂E)包含选自下面的一种或多种化合物:正辛基硫醇,正己基硫醇,正癸基硫醇,正十二烷基硫醇,11,11-二甲基十二烷-1-硫醇,2-苯基乙基硫醇,1,8-二硫萘,辛烷-1,8-二硫醇,3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇,环辛烷-1,4-二硫醇,3-甲氧基丁基-3-巯基丙酸酯,3-巯基丙酸丁基酯,2-乙基己基巯基乙酸酯,2-羟基乙基-3-巯基丙酸酯,3-巯基丙酸异辛基酯,3-巯基丙酸正辛基酯,3-巯基丙酸正丙基酯,3-巯基丙酸十二烷基酯,3-巯基丙酸2-乙基己基酯,巯基乙酸异辛基酯,巯基乙酸异十三烷基酯,乙二醇二(3-巯基丙酸酯),2-巯基-丙酸乙基酯,3-巯基丙酸乙基酯,乙二醇二巯基乙酸酯,季戊四醇四(巯基乙酸酯),季戊四醇四(3-巯基丙酸酯),季戊四醇四(2-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯),三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),三羟甲基丙烷三(2-巯基丙酸酯),甲基糠基巯基-丙酸酯,1,4-双(3-巯基丁酰氧基)丁烷,1,3,5-三(3-巯基丁基氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮,季戊四醇四(3-巯基丁酸酯),2,2’-[乙烷-1,2-二基双(氧)]二乙烷硫醇,2,2’-氧二乙烷硫醇,2-萘硫酚,巯基苯并噻唑,2-巯基苯并噁唑,巯基苯并咪唑,4-甲基苄基硫醇,2-巯基乙基硫醚,双(苯基乙酰基)二硫醚,二苄基二硫醚,二叔丁基二硫醚,吩噻嗪,N-苯基甘氨酸乙酯,N-苯基甘氨酸,二叔丁基过氧化物,二枯基过氧化物,过氧化二苯甲酰,叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯,月桂基过氧化物,双(叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯,3,5,5-三甲基过氧化己酸叔丁基酯,三苯基甲烷硫醇,三苯基甲醇,1,1-二甲基-3,5-二酮环己烷,1-溴-2-(1,1-二甲氧基乙基)苯,丙酮二正丁基缩醛,1,3,3-三甲氧基丁烷,4,4-二甲氧基戊酸甲酯,苯乙酮二甲基缩酮,氯三苯基甲烷,溴三苯基甲烷,三苯基甲烷,异丙基苯,四氯化碳,四溴化碳,氯仿和其他脂族氯烃。
8.根据权利要求1-7任一项的光聚合物组合物,其特征在于,所述写入单体B)包含至少一种的单-和/或多官能丙烯酸酯和特别优选至少一种单-和/或多官能氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
9.根据权利要求1-8任一项的光聚合物组合物,其特征在于,所述催化剂D)包含至少一种通式R3Sn(IV)L3-和L2Sn(IV)R3 2的化合物,其中R3是任选被杂原子尤其是氧,甚至在链中取代的含有1-30个碳原子的直链或支化烷基,且L各自彼此独立地是-O2C-R4基团,其中R4是任选被杂原子尤其是氧,甚至在链中取代的含有1-30个碳原子的直链或支化烷基,含有2-30个碳原子的烯基或含有或未含杂原子的被任意取代或未取代的任选多环的芳环。
10.根据权利要求1-9任一项的光聚合物组合物,其特征在于,所述光聚合物组合物另外包含添加剂F)并特别优选包含氨基甲酸酯作为添加剂F),其中所述氨基甲酸酯尤其可以被至少一个氟原子取代。
12.全息介质,其含有根据权利要求1-11任一项的光聚合物组合物或者可以使用根据权利要求1-11任一项的光聚合物组合物来获得。
13.根据权利要求12的全息介质,其特征在于,所述全息介质包含得自所述光聚合物组合物中的膜。
14.根据权利要求12的全息介质,其特征在于,所述全息介质包含覆层和/或载体层,所述层任选分别至少局部与所述膜连接。
15.根据权利要求12-14任一项的全息介质,其特征在于,全息图在所述全息介质中曝光。
16.根据权利要求1-11任一项的光聚合物组合物用于生产全息介质的用途。
17.生产全息介质的方法,其中
(IV) 通过混合所有成分制备根据权利要求1-11任一项的光聚合物组合物,
(V) 在加工温度以对于全息介质而言所期望的形式引入所述光聚合物组合物,和
(VI)以期望的形式在高于加工温度的交联温度固化,形成氨基甲酸酯,
其中该加工温度尤其可以≥15℃和≤40℃并优选≥18℃和≤25℃,而交联温度可以≥60℃和≤100℃,优选≥70℃和≤95℃和特别优选≥75℃和≤90℃。
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