CN108299213B - 一类二苯胺基联苯基羰基类化合物在光固化配方体系中的应用 - Google Patents

一类二苯胺基联苯基羰基类化合物在光固化配方体系中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新材料有机化学品技术领域，特别涉及式(I)所示一类二苯胺基联苯基羰基类化合物，其作为辐射固化光敏引发剂的用途，以及其在辐射固化配方产品，特别是在光固化涂料或油墨，等诸多场合的应用用途。
Figure DDA0001600640850000011

Description

一类二苯胺基联苯基羰基类化合物在光固化配方体系中的 应用
【技术领域】
本发明涉及新材料有机化学品技术领域，特别涉及一类二苯胺基联苯基羰基类化合物，其作为辐射固化光敏引发剂的用途，以及其在辐射固化配方产品，特别是在UV-Vis-LED光固化涂料或油墨，等诸多涉及光固化场合的应用用途。
【背景技术】
光引发剂化合物是一类重要的精细有机化学品材料，是作为高效节能环保的光固化技术体系中的重要组成之一。在以紫外光或可见(UV)光或LED(即Light-EmittingDiode)为光源的辐射固化技术领域，可在光辐照条件下生成自由基活性物种的光引发剂化合物是诱发含烯不饱和体系进行高效光聚合反应的关键物种，因此是重要的辐射固化配方组分之一。
目前的光固化光源通常使用能耗大寿命短的汞灯，并且产生的汞蒸汽不符合世界节能环保产业发展的战略新趋势，因而在近年来低能耗、环保节能的LED光源获得了日益广泛的重视和快速的发展，且LED光固化技术的应用大幅度降低了能源消耗和臭氧生成，产业持续增长动力强劲。因为LED光源发射波长偏大，主要在365～420nm，特别是395～405nm处，而在此吸收波长范围内的光引发剂分子不多，因此对于LED体系固化，需要设计研发合成一系列针对LED长波发射波长有灵敏吸收的光引发剂化合物这是当前本领域面对的关键性技术挑战问题之一。
针对上述技术挑战，本申请设计并制备了一类二苯胺基联苯基羰基类化合物，其结构在合成上比较简便，步骤较少，并且其光吸收和光引发能力均十分良好，在各类光固化体系会有更为广阔的应用前景。在专利CN 105694895A,CN 105789481A和CN 101525354A中，都分别已经提及到本发明中涉及的部分化合物以其优良的光吸收发射性质在电致发光领域中的应用，而本发明主要强调这一类二苯胺基联苯基羰基类化合物在有机光固化领域中作为光引发剂的应用。
【发明内容】
本发明申请披露如下通式(I)所示的一类二苯胺基联苯基羰基类化合物：
Figure BDA0001600640830000021
在上述通式(I)化合物结构中：
R0是R，OR，NRR’，CH2OH，CH2OR，C(O)R，COOR或CH2NRR’中的一种结构，R1，R2彼此独立的是氢，卤素原子，R，OR，NRR’，CH2OH，CH2OR，C(O)R，COOR，C(NOCOR)R’或CH2NRR’，其中R或R’彼此独立的是含有1-24个碳原子(标记为-C1-C24，下同)的直链或支链的烷基或-C6-C12芳基，R或R’结构中可以含有1-6个非连续的氧，氮，或硫元素，R和R’同时存在时其间也可以形成一个3-6元的环系结构。
n取值1-1000之间的整数，优选的，n取值1-100之间的整数，更优选的，n取值1-10之间的整数。
符合通式(I)结构的示例性化合物列举如下：
Figure BDA0001600640830000031
一类通式(I)所示二苯胺基联苯基羰基类化合物在光固化配方体系中作为光引发剂，敏化剂或其他功能性添加剂成分的用途，及在化学合成中作为中间体或原料或试剂的用途。
一类含有上述通式(I)化合物的，可经由光(紫外或可见光或LED光或等价光源)辐射固化的光固化配方体系。该类光辐射固化配方体系的特征是：(1)含有至少一种通式(I)所描述的化合物作为光引发剂或光引发剂组分之一；且(2)含有至少一种含烯键(C＝C)不饱和和环氧类等可聚合化合物。以体系中可聚合组分总量每100份重量计算，含有的通式(I)化合物的合适的量是0.01-30重量份，优选0.5-10重量份。合适的辐射固化体系包含的可聚合的组分是可以通过该双键的自由基聚合或者环氧或者乙烯基醚的阳离子聚合反应被交联的化合物或混合物，这种可聚合组分可以是单体，低聚物或预聚物，或是它们的混合物或共聚物，或是上述组分的水性分散体。
上述所揭示的光固化配方体系可以是光固化涂料或油墨，特别为LED可固化涂料或油墨，在喷墨打印，纸张印刷，粘合剂，木器涂装，塑胶涂装，汽车涂装，包装材料，显示技术，建筑材料，柔性电子，光伏材料等领域的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述的二苯胺基联苯基羰基类化合物在作为光敏剂分子，运用到光致有机单体聚合体系中时，具有快速光固化，较高单体转化率，LED可激发等优良的性质，对近紫外可见光引发光固化领域有很大的发展意义。
【附图说明】
图1：实施例一制备的分子DPA-BPHO在乙腈中不同浓度的溶液的紫外光谱图。
图2：实施例一制备的分子DPA-BPHO的乙腈溶液在LED灯(波长385nm，光强为139mW/cm2)下曝光不同时间后的紫外可见光分析谱图。
图3：实施例中分子DPA-BPHO的乙腈溶液加入2mol eq的二芳基碘鎓盐Iod后在LED灯(波长385nm，光强为139mW/cm2)下曝光不同时间后的紫外可见光分析谱图。
【具体实施方式】
对于本发明的要旨，我们将结合下述系列实施例进一步说明。
实施例一：按照如下路线合成DPA-BPHO
Figure BDA0001600640830000041
(a)：己酰氯，三氯化铝，无水二氯甲烷；
(b)：碳酸钾，四(三苯基膦)钯，甲苯/乙醇/水，90℃，12h；
1.合成对1-对溴苯基己酮
快速城区三氯化铝(5.32g,0.04mol)于烘干的250mL三口烧瓶中，抽真空充氮气反复多次后，称取溴苯(3.14g,0.02mol)注射加入，冷却至0℃，再缓慢注入己酰氯(4.03g,0.03mol)，待滴加完全后，撤去冰浴，常温搅拌5h，经TLC监测反应直至结束。而后将体系倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，浓缩后得到白色片状固体3.0g。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.82(d,J＝8.6Hz,2H),7.59(d,J＝8.6Hz,2H),2.93(dd,J＝15.6,8.3Hz,2H),1.73(p,J＝7.3Hz,2H),1.35(dd,J＝8.9,5.3Hz,4H),0.91(dd,J＝9.1,4.6Hz,4H).
2.合成目标分子DPA-BPHO
称取4-硼酸三苯胺(2.89g,0.01mol)，1-对溴苯基己酮(2.57g,0.01mol)和碳酸钾(4.14g,0.03mol)于500mL烧瓶中，加入甲苯150mL，乙醇90mL，去离子水30mL作为溶剂，抽真空充氮气反复多次，氮气保护下快速加入催化剂四(三苯基膦)钯(0.2311g,2mol％)。100℃搅拌回流反应12h。经TLC检测反应结束，用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，用乙酸乙酯：石油醚体积比为1:8经柱层析提纯，得到淡黄色固体3.15g。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.01(d,J＝8.4Hz,2H),7.65(d,J＝8.4Hz,2H),7.51(d,J＝8.7Hz,2H),7.28(dd,J＝12.6,5.1Hz,4H),7.18–7.11(m,6H),7.06(t,J＝7.3Hz,2H),2.98(t,J＝7.4Hz,2H),1.76(p,J＝7.3Hz,2H),1.43–1.31(m,4H),0.92(t,J＝7.0Hz,3H).
实施例二：分子的光化学物理性能
对实施例一中分子DPA-BPHO进行了紫外-可见光光谱分析，如图1为不同浓度下的光引发剂分子的紫外光谱图，根据Lambert-Beer定律及由对图中吸光度与浓度的关系进行线性拟合可以计算得到不同波长下目标产物的摩尔消光系数，如下表所示：
Figure BDA0001600640830000051
实施例三：分子的光降解性质
对实施例一中分子进行光照，并用紫外分析测定实时图谱变化，用385nm的LED光源照射放置于3ml紫外比色皿内的一定浓度的DPA-BPHO的乙腈溶液，而后比较光照时间长短对光谱图的影响，如图2所示。发现在光光照下，目标分子基本上不发生光解，故加入2当量的碘鎓盐溶液，重复上述实验，发现分子产生明显的光降解，如图3所示，推测DPA-BPHO能作为二苯基碘鎓盐的敏化剂引发阳离子聚合。
实施例四：目标分子的光引发自由基聚合测试
将实施例一的光引发剂(PI)分子配成占单体1wt％的光固化体系。单体分别为常用TMPTA,TPGDA和HDDA，助剂为MDEA(占单体3wt％)。具体测试方法为：用双层PP薄膜进行测试，扫描背景之后，在薄膜上刮涂上一层光固化体系，而后在LED光源分别为365nm(光强为60mW/cm2),385nm(光强为139mW/cm2),405nm(光强为50mW/cm2),的紫外LED灯下聚合，在光照220s内每间隔1.43s扫描红外光谱，检测光固化过程中单体双键峰的变化并对其面积进行积分，得到最终的单体转化率，如下表所示。根据表格数据可以很清晰地看到目标分子作为光引发剂引发自由基型单体聚合时具有较高的单体转化率。
Figure BDA0001600640830000061
实施例五：目标分子的光引发自由基聚合测试
根据实施例三的光降解实验发现碘鎓盐Iod的存在能促使实施例一中分子DPA-BPHO光降解，故将其作为敏化剂与碘鎓盐复配引发阳离子开环聚合，选用单体为Epox，其中，DPA-BPHO占单体的质量分数1wt％，Iod占单体2wt％。具体测试方法同上述实施例四，发现在365nm光源和385nm光源照射时，环氧单体开环聚合的转化率均能达到44％以上，证实了该类分子在作为碘鎓盐敏化剂引发阳离子聚合方面的应用。
需要强调的是，上述列举的实施例仅是一些示例性试验，不应被视为是限定性试验或条件。本发明申请所涵盖的创新范围应以权利要求书记载为准。

Claims (4)

1.一种制备DPA-BPHO化合物的方法，其特征在于，
过程为：
Figure FDA0002671233850000011
步骤1.合成1-对溴苯基己酮
称取三氯化铝5.32g,0.04mol于烘干烧瓶中，抽真空充氮气反复多次后，称取溴苯3.14g,0.02mol注射加入，冷却至0℃，再缓慢注入己酰氯4.03g,0.03mol，待滴加完全后，撤去冰浴，常温搅拌5h，经TLC监测反应直至结束；而后将体系倒入冰水中，用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，浓缩后得到白色片状固体3.0g；
步骤2.合成目标分子DPA-BPHO
称取4-硼酸三苯胺2.89g,0.01mol，1-对溴苯基己酮2.57g,0.01mol和碳酸钾4.14g,0.03mol于烧瓶中，加入甲苯150mL，乙醇90mL，去离子水30mL作为溶剂，抽真空充氮气反复多次，氮气保护下快速加入催化剂四(三苯基膦)钯0.2311g,2mol％；100℃搅拌回流反应12h；经TLC检测反应结束，用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，用乙酸乙酯：石油醚体积比为1:8经柱层析提纯，得到淡黄色固体3.15g。
2.一种含有权利要求1化合物的，经由紫外光或可见光辐射固化的光固化配方体系，其特征在于：
含有权利要求1所述的化合物作为光引发剂或光引发剂组分之一；且含有至少一种含烯键不饱和和环氧类可聚合化合物；
可聚合化合物是通过该双键的自由基聚合或者环氧或者乙烯基醚的阳离子聚合反应被交联的化合物或混合物，可聚合化合物为单体，低聚物或预聚物，或是它们的混合物或共聚物，或是上述组分的水性分散体；
以体系中可聚合化合物总量每100份重量计算，DPA-BPHO化合物的量是0.01-30重量份。
3.权利要求2所述的光固化配方体系在喷墨打印，纸张印刷，粘合剂，木器涂装，塑胶涂装，汽车涂装，包装材料，显示技术，建筑材料，柔性电子，光伏材料领域的应用，其特征在于：所述光固化配方体系为光固化涂料或油墨。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述光固化配方体系为LED可固化涂料或油墨。
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