CN117777006A - 一种联咔唑类化合物、光引发剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光固化技术领域，尤其涉及一种联咔唑类化合物、光引发剂及其制备方法和应用，所述联咔唑类化合物的结构式选自如下结构式中的任一种：其中，R1选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数1～20的卤代烃基的任意一种，m选自0～5的整数，R2选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数6～20的芳基、取代或未取代的碳原子数3～20的杂芳基的任意一种，本发明应用于固化膜。
Description
技术领域
本发明涉及光固化技术领域，尤其涉及一种联咔唑类化合物、光引发剂及其制备方法和应用。
背景技术
彩色光阻是组成彩色滤光片的重要材料，主要由红、绿、蓝三种高分子材料构成。近年来，随着电视需求量增加、面板厂持续扩产，彩色光阻的需求量持续增长。传统制作彩色光阻的方法有染色法和电沉淀法，这些传统的方法都要用到金属Cr，然而，金属Cr毒性大，污染严重。因此，目前采用比较先进的颜料分散法，其操作工艺简单，色特性、耐热性、耐光性能都非常优秀。颜料光刻胶的制作是颜料分散法的关键技术，光引发剂是制作光刻胶的重要原料之一。然而，传统的光引发剂如安息香衍生物、联苯酰缩酮类、酰基氧化膦类、二苯甲酮/胺类等存在感光度低、溶解性差以及存储稳定性不好等缺点，直接会影响到彩色光阻的透明度和耐热性等性能，不能满足高质量的颜料光刻胶的制作。
1904年AWerner首次报道了氧酰基肟酯类化合物的光化学特性，1970年肟酯类化合物开始被用作光引发剂。氧酰基肟酯类光引发剂Quanta cure PDO曾被广泛商业化应用。虽然此化合物具有较高的光引发活性，但稳定性差，很快就被其他的自由基引发剂取代。近年来，有人在肟酯类化合物分子中引入能增大分子共轭面的基团，进一步提高了肟酯类衍生物的引发效率以及稳定性，使肟酯类光引发剂的制备及应用得到关注。比较典型的是Hisatoshi Kura等在肟酯化合物中引入二苯硫醚基团的研究和DietlikerK等在肟酯化合物中引入咔唑基团的研究。由于这些基团中有较大的共轭体系和较强的分子内电子转移特性，从而极大地提高了这类肟酯化合物的稳定性和感光活性。现有咔唑类肟脂光引发剂在一定程度上满足了液晶平板显示器的要求，另外一方面在咔唑类肟脂结构中引入硝基等拉电子基团，D-A之间的相互作用使紫外吸收光谱得到一定程度的红移。咔唑环上加了-NO2，可以使吸收光谱红移，在365-405nm有相对较大的吸收，现在UV固化的曝光机从汞灯，逐渐改变成UV-LED灯，随着LDI曝光机的日渐改善，生产效率的提升，很多领域又因为激光直描的工艺和设备，直接计算机制图，直接打印，不在用掩版，LDI设备的曝光波长是405nm，所以引发剂的波长在405nm左右吸收强是LDI用UV固化涂料选用引发剂的关键。但是此类修饰的缺点就是带来溶解性变差，影响了应用范围与效果。同时硝化反应属于强放热反应而且反应速率快，控制不好会引起爆炸。为了保持一定的硝化温度，通常要求硝化反应器具有良好的传热装置。因此引入硝基基团，对于整体设备也有更高的要求。
近年来，有关引发剂的研究非常火热，对高感度光引发剂的性能要求也提出了更高要求。
发明内容
本发明的实施例提供一种联咔唑类化合物、光引发剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明提供一种联咔唑类化合物，所述联咔唑类化合物的结构式选自如下结构式中的任一种：
其中，R1选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数1～20的卤代烃基的任意一种，m选自0～5的整数，R2选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数6～20的芳基、取代或未取代的碳原子数3～20的杂芳基的任意一种。
可选地，所述R1选自甲基、乙基、丙基、叔丁基、九氟叔丁基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基中的任一种，所述R2选自甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、环丙基、异壬基、环丁基、环戊基或环己基中的任一种。
本发明还提供一种光引发剂，由上述一种联咔唑类化合物制备得到，所述光引发剂的结构式如下所示：
其中，R3选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数2～12的烯基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数6～20的芳基、取代或未取代的碳原子数3～20的杂芳基的任意一种，m选自0～5的整数。
可选地，R3选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、四氢呋喃基、四氢噻吩基、四氢吡喃基、四氢噻喃基、苯基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基；m选自1或2。
可选地，所述R3选自甲基、乙基、环戊基或环己基。
可选地，所述光引发剂选自以下结构式中的一种：
本发明还一种如上述一种光引发剂的制备方法，包括如下反应步骤：
A、将联咔唑、三氯化铝与化合物Ⅰ加入有机溶剂中反应得到化合物Ⅱ，其反应方程式如下所示：
E、将步骤A得到的化合物Ⅱ与化合物Ⅲ、三氯化铝加入至有机溶剂中反应得到化合物Ⅳ，其反应方程式如下所示：
F、将步骤B得到的化合物Ⅳ与盐酸羟胺、醋酸钠加入至有机溶剂中，反应得到化合物Ⅴ，其反应方程式如下所示：
G、将步骤C得到的化合物Ⅴ与化合物Ⅵ在有机溶剂中反应得到化合物Ⅶ，其反应方程式如下所示：
其中R1、R2与R3选自如权利要求3-5中所述的取代基。
可选地，在步骤A中，所述联咔唑、三氯化铝与化合物Ⅰ的当量比为1：(1.9-2.5)：(1.9-2.5)；在步骤B中，所述化合物II、三氯化铝与化合物Ⅲ的当量比为1：(1.9-3.5)：(1.9-3.5)；在步骤C中，所述化合物Ⅳ、盐酸羟胺与醋酸钠的当量比为1：(1.9-5)：(3-5)；在步骤D中，所述步骤C得到的化合物Ⅴ与化合物Ⅵ的当量比为(1-2)：(2-6)。
本发明还提供一种感光性树脂，包括上述一种光引发剂与丙烯酸树脂预聚体组成，所述光引发剂与丙烯酸树脂预聚体的质量比为1:(20-25)。
本发明还提供一种固化膜，包括上述一种感光性树脂。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的联咔唑基团的化合物，以制备含联咔唑基团的肟酯类光引发剂，本申请提供的含联咔唑基团的肟酯类光引发剂，通过在两个咔唑的9位通过单键相连，引入联咔唑基团，形成联咔唑结构，相比于OXE02咔唑类肟脂吸收光谱得到了红移，同时与硝基取代的咔唑类肟酯类光引发剂相比，溶解性更加优异。
本申请提供的含联咔唑基团的肟酯类光引发剂的制备方法，通过四步反应得到目标产物，工艺流程简单。本申请提供的光固化涂料和固化膜，能够在光引发剂较小用量、较低感光能量条件下快速固化，固化后膜不易发黄。
具体实施方式
下面将对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
光引发剂的制备实施例
实施例1为化合物1-1的合成
化合物1-1-A的合成路线如下所示：
氮气保护下，在1000mL的反应瓶中，加入二氯乙烷400mL，三氯化铝67.5g与联咔唑84.6g，降温到料温0～3℃，再慢慢滴加邻甲基苯甲酰氯(化合物A)80.6g和60g的二氯乙烷溶液。滴加完后反应1小时后，反应结束，密闭备用。
化合物1-1-B的合成路线如下所示：
氮气保护下，取1000mL的反应瓶中加入二氯乙烷400mL，三氯化铝103g，降温至5～10℃滴加乙酰氯(化合物B)64g，滴加完后5～10℃搅拌使其全部溶解后，转入恒压滴液漏斗后，然后滴入上述化合物1-1-A反应体系中，反应完毕后，加入稀盐酸猝灭反应，再水洗一次后，分液，浓缩有机相，粗品甲苯/乙醇体系结晶后，得到118g化合物1-1-B黄色固体，产率70％。
化合物1-1-C的合成路线如下所示：
向反应瓶中加入上述100g化合物1-1-B黄色固体与400g二氯乙烷，随后加入27.9克盐酸羟胺与45.3g醋酸钠，升温至回流反应3h。反应结束后，降温抽滤，除去无机盐，滤饼加少量二氯乙烷淋洗，有机相浓缩后，乙醇打浆，得到94g化合物1-1-C固体，产率89.8％。
化合物1-1的合成路线如下所示：
向反应瓶中加入上述94g化合物1-1-C与400mL二氯乙烷，随后降温至0-5℃，滴加27g乙酰氯(化合物C)，反应完毕，加入碱液中和，再水洗至中性后，分液，有机相浓缩后，乙醇打浆，得到94.5g化合物1-1的白色固体，产率89.5％。
实施例2-8
参考实施例1中化合物1-1的合成路线，并选用与之相应的化合物A、化合物B和化合物C，分别制备本发明的一系列具体化合物(参见表1)。
表1
感光性树脂的制备实施例
实施例9
将96g丙烯酸树脂预聚体、4g化合物1-1(实施例1制备得到的)和100g四氢呋喃添加至35℃的反应容器中反应6小时，搅拌均匀，得到聚合性组合物No.1。
实施例10～16
除了将实施例1中获得化合物1-1替换成下述表2中所示的各化合物以外，通过与实施例9同样的方法，得到聚合性组合物No.2～No.8。
实施例17
将98g丙烯酸树脂预聚体、2g实施例1中获得的化合物1-1和100g四氢呋喃添加至35℃的反应容器中反应6小时，搅拌均匀，得到聚合性组合物No.9。
实施例18～24
除了将实施例1中获得化合物1-1替换成下述表2中所示的各化合物以外，通过与实施例8同样的方法，得到聚合性组合物No.10～No.16。
对比例1～2
除了将实施例1中获得化合物1-1替换成下述表2中所示的各化合物以外，通过与实施例1同样的方法，得到聚合性组合物No.17～No.18。
对比例3～4
除了将实施例1中获得化合物1-1替换成下述表2中所示的各化合物以外，通过与实施例8同样的方法，得到聚合性组合物No.19～No.20。
表2
聚合性组合物对比例中涉及的化合物结构如下：
根据下列方法，对上述实施例9-24以及对比例1～4的聚合性组合物进行感光活性的评价。
1、蓝色光源和绿色光源照射下的感光活性评价
使用旋涂机将实施例9-16以及对比例1～2的聚合性组合物涂布于玻璃基板上，利用匀胶机，在转速为1500rpm下，加热至100℃保持2分钟，冷却至室温，在玻璃基板的表上形成涂布膜。然后，分别在蓝色光源和绿色光源照射下，使上述实施例9-16以及对比例1～2的聚合性组合物固化。表3所示的数据为表示所需要的光能量的曝光量，该数值越小，表示感光活性越好。结果示于表3。
表3
2、红色光源照射下的感光活性评价
使用旋涂机将实施例17-24以及对比例3～4的聚合性组合物涂布于玻璃基板上，利用匀胶机，在转速为1500rpm下，加热至100℃保持2分钟，冷却至室温，在玻璃基板的表面上形成涂布膜。然后，在红色光源照射下，使上述实施例17-24以及对比例3～4的聚合性组合物固化。表4所示的数据为表示所需要的光能量的曝光量，该数值越小，表示感光活性越好。结果示于表4。
表4
由表3与表4可知，在蓝色、绿色、红色的光源照射下，添加本发明的肟酯化合物的聚合性组合物固化所需要的能量显著小于添加对比例中所使用的化合物(OXE02、358)固化所需要的能量，本发明的肟酯化合物与对比例1～4中所用的化合物(OXE02、358)相比，感光活性优异。
如上所述，使用本发明的肟酯化合物时，感光活性优异，本发明的肟酯化合物作为光学用途的光引发剂是有用的。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种联咔唑类化合物，其特征在于，所述联咔唑类化合物的结构式选自如下结构式中的任一种：
其中，R1选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数1～20的卤代烃基的任意一种，m选自0～5的整数，R2选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数6～20的芳基、取代或未取代的碳原子数3～20的杂芳基的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种联咔唑类化合物，其特征在于，所述R1选自甲基、乙基、丙基、叔丁基、九氟叔丁基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基中的任一种，所述R2选自甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、环丙基、异壬基、环丁基、环戊基或环己基中的任一种。
3.一种光引发剂，其特征在于，由权利要求1或2所述一种联咔唑类化合物制备得到，所述光引发剂的结构式如下所示：
其中，R3选自取代或未取代的碳原子数1～20的烷基、取代或未取代的碳原子数2～12的烯基、取代或未取代的碳原子数3～20的环烷基、取代或未取代的碳原子数6～20的芳基、取代或未取代的碳原子数3～20的杂芳基的任意一种，m选自0～5的整数。
4.根据权利要求3所述的一种光引发剂，其特征在于，R3选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、四氢呋喃基、四氢噻吩基、四氢吡喃基、四氢噻喃基、苯基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基；m选自1或2。
5.根据权利要求3所述的一种光引发剂，其特征在于，所述R3选自甲基、乙基、环戊基或环己基。
6.根据权利要求3所述的一种光引发剂，其特征在于，所述光引发剂选自以下结构式中的一种：
7.一种如权利要求3-6中任一项所述的一种光引发剂的制备方法，其特征在于，包括如下反应步骤：
A、将联咔唑、三氯化铝与化合物Ⅰ加入有机溶剂中反应得到化合物Ⅱ，其反应方程式如下所示：
B、将步骤A得到的化合物Ⅱ与化合物Ⅲ、三氯化铝加入至有机溶剂中反应得到化合物Ⅳ，其反应方程式如下所示：
C、将步骤B得到的化合物Ⅳ与盐酸羟胺、醋酸钠加入至有机溶剂中，反应得到化合物Ⅴ，其反应方程式如下所示：
D、将步骤C得到的化合物Ⅴ与化合物Ⅵ在有机溶剂中反应得到化合物Ⅶ，其反应方程式如下所示：
其中R1、R2与R3选自如权利要求3-5中任一项所述的取代基。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
在步骤A中，所述联咔唑、三氯化铝与化合物Ⅰ的当量比为1：(1.9-2.5)：(1.9-2.5)；
在步骤B中，所述化合物II、三氯化铝与化合物Ⅲ的当量比为1：(1.9-3.5)：(1.9-3.5)；
在步骤C中，所述化合物Ⅳ、盐酸羟胺与醋酸钠的当量比为1：(1.9-5)：(3-5)；
在步骤D中，所述步骤C得到的化合物Ⅴ与化合物Ⅵ的当量比为(1-2)：(2-6)。
9.一种感光性树脂，其特征在于，包括权利要求3-6中任一项所述的一种光引发剂与丙烯酸树脂预聚体组成，所述光引发剂与丙烯酸树脂预聚体的质量比为1:(20-25)。
10.一种固化膜，其特征在于，包括权利要求9所述的一种感光性树脂。
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