CN115850099A - 一种具有双二芳基甲酮结构的光引发剂及其合成方法和应用 - Google Patents
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Abstract
Description
(一)技术领域
本发明涉及具有双二芳基甲酮结构的光引发剂及其合成方法和应用。
(二)背景技术
自上世纪七十年代以来,光固化技术一直处在快速发展的道路上,目前我国已成为仅次于美国和日本的光固化原料和配方生产大国。紫外光固化体系通常包含以下三种组分:低聚物、单体和紫外光引发剂。紫外光引发剂能决定紫外光固化的速率和条件,也能在很大程度上影响紫外光固化产品的性能。
紫外光引发剂主要可以分为自由基型光引发剂和离子型光引发剂,其中自由基型光引发剂应用范围最广泛。按自由基的产生方式,可以将自由基型光引发剂分为裂解型和夺氢型光引发剂。裂解型自由基光引发剂大多是芳基烷基酮类化合物,主要有苯偶姻类、苯偶酰类、苯乙酮类、酰基膦氧化物等。夺氢型光引发剂大多是二苯甲酮或杂环芳酮类化合物,包括二苯甲酮衍生物、硫杂蒽酮、蒽醌等。目前,光引发剂绝大多数为有机小分子,在使用中往往存在以下问题:(1)光引发剂在光解过后碎片容易向涂层表面迁移,对涂层表面性能影响较大,也会产生黄变;(2)小分子光引发剂本身或者光解碎片会产生气味,限制其在某些领域的应用。
大分子光引发剂能够克服以上问题,但大分子的活性成分被稀释,使用中需要较大的用量。因此,需要开发大分子的多官能化光引发剂。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种多官能化的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂及其合成方法和应用。
本发明采用的技术方案是:
一种具有双二芳基甲酮结构的光引发剂,其结构如式(I)所示:
本发明还提供式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的合成方法,所述方法包括如下步骤:
S1:以4,4'-二溴二苯甲酮和二乙胺为原料,三(二亚苄基丙酮)二钯(简称Pd2dba3)为催化剂、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽(简称Xantphos)为配体,在碱的存在下,甲苯溶剂中,氮气氛围下,进行偶联反应,反应结束后所得反应液a经后处理得到4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮;
S2:以S1中得到的4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮和N,N'-二甲基乙二胺为原料,三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽为配体,在碱的存在下,甲苯溶剂中,氮气氛围下,进行偶联反应,反应结束后所得反应液b经后处理得到式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂;
所述方法的反应式如下式所示:
所述步骤S1中,碱为K2CO3、Na2CO3、KOH或叔丁醇钠(t-BuONa),优选为t-BuONa。
优选地,所述步骤S1中,4,4'-二溴二苯甲酮与二乙胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:60~110:1~5:1~5:100~500,更优选为100:90~110:2~3:2~3:150~200。
优选地,步骤S1中,偶联反应的反应温度为80~120℃,更优选为100~110℃。
优选地,步骤S1中,偶联反应的反应时间为8~16h,更优选为10~12h。
推荐甲苯的质量用量为4,4'-二溴二苯甲酮质量的3~10倍。
所述反应液a的后处理方法为:反应结束后,所得反应液a直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮。
所述步骤S2中,碱为K2CO3、Na2CO3、KOH或叔丁醇钠(t-BuONa),优选为t-BuONa。
优选地,所述步骤S2中,4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮与N,N'-二甲基乙二胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:40~50:1~5:1~5:100~500,更优选为100:40~50:2~3:2~3:150~200。
优选地,步骤S2中,偶联反应的反应温度为80~120℃,更优选为100~110℃。
优选地,步骤S2中,偶联反应的反应时间为8~16h,更优选为10~12h。
推荐甲苯的质量用量为4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮质量的3~10倍。
所述步骤S2中,反应液b的后处理方法为:反应结束后,所得反应液b直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得到式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂。
进一步,推荐本发明式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的合成方法按以下步骤进行:
S1:以4,4'-二溴二苯甲酮和二乙胺为原料,Pd2dba3为催化剂、Xantphos为配体、t-BuONa为碱,甲苯溶剂中,氮气氛围下,80~120℃反应8~16h,反应结束后,反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮;所述4,4'-二溴二苯甲酮与二乙胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:60~110:1~5:1~5:100~500;
S2:以4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮和N,N'-二甲基乙二胺为原料,Pd2dba3为催化剂、Xantphos为配体、t-BuONa为碱,甲苯溶剂中,氮气氛围下,80~120℃反应8~16h,反应结束后,反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂;所述4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮与N,N'-二甲基乙二胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:40~50:1~5:1~5:100~500。
本发明提供的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂可作为紫外光引发剂,进一步,可用于紫外光固化产品,例如可用于UV油墨的固化。
本发明提供的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂与传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮相比,由于其具有双官能团,紫外吸收性能更强,将其用于UV油墨的固化,测试结果表明,本发明的光引发剂制备的UV油墨,紫外光固化后,固化性、附着力、光泽度都表现优秀,耐酒精性更好,在酒精中基本无迁移,解决了现有技术中小分子光引发剂易迁移的问题。
(四)附图说明
图1为实施例3制备的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的核磁氢谱图。
图2为实施例3制备的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的核磁碳谱图。
图3为式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的紫外可见光谱图。
图4为4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮的紫外可见光谱图。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1 4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮的合成
在有磁子的反应器中加入50mmol的4,4'-二溴二苯甲酮、50mmol的二乙胺、1mmol的Pd2dba3、1.5mmol的Xantphos、75mmol的t-BuONa和100mL的甲苯,然后用氮气置换反应器中空气,搅拌下加热到100℃,反应11h,冷却后反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮,收率为62%。
1HNMR(500M,CDCl3)δppm:7.73-7.75(m,2H),7.57-7.72(m,4H),6.62-6.66(m,2H),3.44(q,J=7.1Hz,4H),1.21(t,J=7.1Hz,6H);13CNMR(500M,CDCl3)δppm:193.7,151.4,138.3,133.1,131.4,131.1,125.8,123.7,110.3,44.7,12.6。
实施例2 4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮的合成
同实施例1,Pd2dba3的用量改为1.5mmol,4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮的收率为65%。
实施例3具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的合成
在有磁子的反应器中加入30mmol的4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮、15mmol的N,N'-二甲基乙二胺、0.6mmol的Pd2dba3、0.9mmol的Xantphos、45mmol的t-BuONa和50ml的甲苯,然后用氮气置换反应器中空气,搅拌下加热到100℃,反应11h,冷却后反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I),收率为70%。
1HNMR(500M,CDCl3)δppm:7.74-7.76(m,8H),6.64-6.68(m,8H),3.67(s,4H),3.42(q,J=7.1Hz,8H),3.00(s,6H),1.20(t,J=7.1Hz,2H);13CNMR(500M,CDCl3)δppm:194.0,151.4,150.8,133.0,132.8,127.2,125.6,110.7,110.4,49.9,44.9,39.4,13.0。核磁氢谱图和碳谱图见附图1和2。
实施例4具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的合成
其他条件同实施例3,Pd2dba3的用量改为0.9mmol,具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的收率为73%。
实施例5具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的合成
其他条件同实施例4,反应温度改为90℃,反应改为15h,具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的收率为68%。
实施例6具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的紫外吸收性能
将具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)溶解到甲苯/乙醇(v/v=2:1)的混合溶剂中,配制成质量浓度为0.001%的溶液,该溶液的紫外可见光谱图见附图3;同样的,传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮的紫外可见光谱图见附图4。比较图3和图4可知,具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)与传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮相比有更强的紫外吸收性能。
实施例7具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)的光引发性能
以质量份数配制:UV油墨预聚物(松香基改性环氧丙烯酸酯与双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯的混配物)70%、TPO-L3%、DETX3%、4%的蜡粉、2.5%的高岭土、15%的炭黑和2.5%的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I),经过三辊机精细分散3道,获得细度≤12.5μm的紫外光光固化油墨样品A。
按上述方法制备对比样品,其中的2.5%的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I)改为2.5%的传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮(EMK),其他原料比例不变,制得紫外光光固化油墨样品B。
样品A和样品B进行性能测试对比:参照《CY/T127-2015用于纸质印刷品的印刷材料挥发性有机化合物检测试样的制备方法》,在银卡纸上展色获得印刷样张,通过高压UV汞灯下固化;与样品B(使用传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮)的结果相比较,本发明的样品A固化性、附着力、光泽度相似,耐酒精性更优。
在100g/m2胶版纸上展色获得印刷样张,通过功率密度10W/cm2的LED-UV灯照射下固化,与样品B(使用传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮)的结果相比较,本发明的样品A的固化性、附着力、光泽度相似,耐酒精性更优。
将胶版纸印刷品浸泡在20%浓度酒精溶液中1-11天,测试其特定迁移性,与样品B(使用传统光引发剂4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮)的结果相比较,本发明的样品A(使用具有双二芳基甲酮结构的光引发剂(I))无迁移,迁移性测试结果如表1所示。
表1:酒精迁移性测试结果(迁移性:mg/m2)
表1中,N.D代表无迁移。
Claims (10)
2.如权利要求1所述的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂的合成方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:
S1:以4,4'-二溴二苯甲酮和二乙胺为原料,三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽为配体,在碱的存在下,甲苯溶剂中,氮气氛围下,进行偶联反应,反应结束后所得反应液a经后处理得到4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮;
S2:以S1中得到的4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮和N,N'-二甲基乙二胺为原料,三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂、、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽为配体,在碱的存在下,甲苯溶剂中,氮气氛围下,进行偶联反应,反应结束后所得反应液b经后处理得到式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂;
所述方法的反应式如下式所示:
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S1中,碱为K2CO3、Na2CO3、KOH或叔丁醇钠。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S1中,4,4'-二溴二苯甲酮、二乙胺、三(二亚苄基丙酮)二钯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、碱的物质的量之比为100:60~110:1~5:1~5:100~500。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S1中,偶联反应的反应温度为80~120℃;偶联反应的反应时间为8~16h。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S2中,碱为K2CO3、Na2CO3、KOH或叔丁醇钠。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S2中,4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮、N,N'-二甲基乙二胺、三(二亚苄基丙酮)二钯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、碱的物质的量之比为100:40~50:1~5:1~5:100~500。
8.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤S2中,偶联反应的反应温度为80~120℃;偶联反应的反应时间为8~16h。
9.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述合成方法按以下步骤进行:
S1:以4,4'-二溴二苯甲酮和二乙胺为原料,Pd2dba3为催化剂、Xantphos为配体、t-BuONa为碱,甲苯溶剂中,氮气氛围下,80~120℃反应8~16h,反应结束后,反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮;所述4,4'-二溴二苯甲酮与二乙胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:60~110:1~5:1~5:100~500;
S2:以4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮和N,N'-二甲基乙二胺为原料,Pd2dba3为催化剂、Xantphos为配体、t-BuONa为碱,甲苯溶剂中,氮气氛围下,80~120℃反应8~16h,反应结束后,反应液直接进行硅胶拌样,上柱进行柱层析分离,收集含目标化合物的洗脱液,蒸除溶剂即得式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂;所述4-溴-4'-二乙氨基二苯甲酮与N,N'-二甲基乙二胺、Pd2dba3、Xantphos、碱的物质的量之比为100:40~50:1~5:1~5:100~500。
10.如权利要求1所述的式(I)所示的具有双二芳基甲酮结构的光引发剂作为紫外光引发剂的应用。
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