DE102008047006A1 - Light-curing compositions - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft lichthärtende Zusammensetzungen, die radikalisch polymerisierbare Vinylverbindungen und tageslichtsensitive Radikalinitiatoren der Formeln (I) und/oder (II) umfassen und die gegebenenfalls weitere Additive, wie Füllstoffe, Pigmente, Lösemittel enthalten, sowie deren Verwendung als Beschichtungsmaterial für technische, optische und medizinische Anwendungen. $F1The present invention relates to light-curing compositions comprising free-radically polymerizable vinyl compounds and daylight-sensitive radical initiators of the formulas (I) and / or (II) and optionally further additives, such as fillers, pigments, solvents, and their use as a coating material for technical, optical and medical applications. $ F1
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft lichthärtende bzw. lichthärtbare Zusammensetzungen, die radikalisch polymerisierbare Verbindungen, insbesondere Vinylverbindungen und tageslichtsensitive Radikalinitiatoren umfassen und die gegebenenfalls weitere Additive wie Füllstoffe, Pigmente, Lösemittel enthalten, sowie deren Verwendung als Beschichtungsmaterial für technische, optische und medizinische Anwendungen. Außerdem betrifft die Erfindung aus den Zusammensetzungen hergestellte gehärtete Produkte einschließlich deren Herstellungsverfahren. Schließlich betrifft die Erfindung auch die als Radikalinitiatoren eingesetzten neuen Verbindungen als solche sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The The present invention relates to photocurable or photohardenable Compositions containing radically polymerizable compounds, in particular vinyl compounds and daylight-sensitive radical initiators and optionally further additives such as fillers, Pigments, solvents and their use as a coating material for technical, optical and medical applications. Moreover, the invention relates cured products made from the compositions including their production process. After all The invention also relates to those used as radical initiators new compounds as such and a process for their preparation.
Photoinitiatoren absorbieren Strahlung im UV- oder im visuellen Bereich und stellen auf diese Weise die Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung. Im Falle einer radikalischen Polymerisation sind dies freie Radikale. Allgemein werden radikalische Photoinitiatoren (Radikalinitiatoren), basierend auf dem chemischen Mechanismus der Radikalbildung in zwei Klassen eingeteilt. Norrish Typ I Photoinitiatoren bilden auf Grund von Strahlung durch unimolekularen Bindungsbruch freie Radikale. Dem Gegenüber durchlaufen Norrish Typ II Photoinitiatoren, nach dem Aussetzen von Strahlung eine bimolekulare Reaktion, wobei der Photoinitiator mit einem zweiten Molekül (dem Coinitiator) reagiert und die Polymerisation initialisierende Spezies durch Elektronen- und Protonentransfer oder direkt durch Wasserstoffabstraktion bildet. Norrish Typ I und II Photoinitiatoren werden bei die Härtung mit UV-Licht verwendet. Zurzeit werden fast ausschließlich Norrish Typ II Photoinitiatoren für die Polymerisation durch Bestrahlung mit visuellem Licht verwendet.photoinitiators absorb radiation in the UV or in the visual range and set in this way the polymerization initiating species for Available. In the case of a radical polymerization These are free radicals. Generally, radical photoinitiators (Radical initiators), based on the chemical mechanism of Radical formation divided into two classes. Norrish type I photoinitiators form due to radiation due to unimolecular bond breaking free radicals. The counterpart undergo Norrish Type II Photoinitiators, after exposure to radiation a bimolecular Reaction, wherein the photoinitiator with a second molecule (the coinitiator) and initiating the polymerization Species by electron and proton transfer or directly by Hydrogen abstraction forms. Norrish type I and II photoinitiators are used in curing with UV light. For now are almost exclusively Norrish type II photoinitiators for polymerization by irradiation with visual Light used.
Charakteristisch
für die Härtung durch Strahlung im UV-Bereich
ist die hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Diese Art der Härtung
wird beispielsweise für Beschichtungen verschiedener Substrate
wie zum Beispiel Holz verwendet. Ein solches Beispiel für
UV-härtende Beschichtungen von Materialien mit Norrish
Typ I Photoinitiatoren, wie Diethoxyphenylacetophenon oder Acrylphosphinoxiden,
wird in der
Für
alle transparenten Beschichtungen mit geringen Schichtdicken kann
die UV-Härtung verwendet werden. Sie stößt
jedoch bei einer Beimischung von Pigmenten und bei höheren
Schichtdicken an ihre Grenzen. Solche photopolyreaktive Verbindungen
härten deshalb durch UV-Strahlung nur unvollständig
aus. Falls eine tiefere Durchhärtung gewünscht
wird, wie zum Beispiel bei der Lichthärtung von Dentalmaterialien,
die als Zahnfüllung verwendet werden sollen, kann zur Bestrahlung
sichtbares Licht verwendet werden, welches eine höhere
Durchdringstärke aufweist. Ein Photoinitiator der zu solchen
Zwecken verwendet werden kann, ist eine Kombination aus α-Diketonen
und Amino-Coinitiatoren. Ein solches System wird in der
Es zeigt sich also, dass die im Stand der Technik bekannten Initiatorsysteme nicht in der Lage sind, in jedem Fall eine ausreichend schnelle und vollständige Aushärtung der gewünschten Materialien zu gewährleisten. Vielmehr haben die bekannten Verbindungen, die mittels kurzwelligem Licht (UV-Bereich) die Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung stellen, den Nachteil, dass die kurzwellige Strahlung nur eine geringe Eindringtiefe erzielt. Das ist insbesondere bei Verwendung in Systemen mit Füllstoffen problematisch. Darüber hinaus waren keine Systeme verfügbar, die mittels sichtbarem Licht (Tageslicht) und ohne Coinitiatoren die Polymerisation initialisierende Spezies in einfacher Weise zur Verfügung stellen. Es bestand also weiterhin der dringende Bedarf an der Bereitstellung neuer einfacher, aber dennoch leistungsfähiger Initiatoren, die durch sichtbares Licht effizient aktiviert werden können.It Thus it can be seen that the initiator systems known in the prior art are not able, in any case, a sufficiently fast and complete curing of the desired To ensure materials. Rather, the well-known Compounds which by means of short-wave light (UV range) the polymerization providing initializing species, the disadvantage that the short-wave radiation achieves only a small penetration depth. This is especially true when used in systems with fillers problematic. In addition, no systems were available by means of visible light (daylight) and without coinitiators polymerization initiating species in a simple manner Make available. So there was still the urgent Need to provide new easier yet more powerful Initiators that are activated efficiently by visible light can.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Initiator für die radikalische Polymerisation zur Verfügung zu stellen, der bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht (d. h. langwelligem Tageslicht) eine ausreichend schnelle und vollständige Aushärtung der gewünschten Materialien auch ohne Coinitiator und die genannten negativen Nebeneffekte gewährleistet.Of the The present invention therefore an object of the invention, a new Initiator for radical polymerization available which upon irradiation with visible light (i.e., long-wave Daylight) a sufficiently fast and complete Curing the desired materials even without Co-initiator and the aforementioned negative side effects guaranteed.
Diese Aufgabe wurde überraschend durch die vorliegende Erfindung gemäß den angehängten Patentansprüchen gelöst.These Task was surprising by the present invention according to the appended claims solved.
Die neuen Photoinitiatoren für die radikalische Polymerisation gemäß der Erfindung werden durch die Formeln (I) und (II) dargestellt, wobei es sich bei den Verbindungen der Formel (I) um die monomeren und bei denen der Formel (II) um die dimeren Strukturen handelt. Die dimeren Strukturen weisen eine annähernd gleiche Effizienz in der Initiatorwirkung auf, besitzen aber zudem noch eine geringere Diffusionsfähigkeit, was von praktischer Relevanz sein kann.The new photoinitiators for radical polymerization according to the invention, the formulas (I) and (II), wherein the compounds of the formula (I) to the monomers and those of the formula (II) to the dimers Structures acts. The dimeric structures are approximate same efficiency in the initiator effect, but also have even less diffusibility, which is more practical Relevance can be.
Formeln
(I) und (II): worin
in den Formeln (I) und (II) jeweils unabhängig voneinander
X
= S, CHR4, O, oder NR4 darstellt;
R1 und R2 jeweils
unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl;
Thioalkyl; Aryl; oder Heteroaryl sind, wobei R1 und
R2 auch miteinander verbunden sein können
unter Bildung von gesättigten oder ungesättigten
Cyclen oder Heterocyclen;
R3 = H, lineares
oder verzweigtes C1-C20-Alkyl; Thioalkyl; Aryl; Heteroaryl ist;
R4 = H, lineares oder verzweigtes C1-C20-Alkyl,
wobei der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann;
Acyloxy; Aryl; oder Heteroaryl ist;
A eine aliphatische, aromatische
oder heteroaromatische Verbindungsgruppe ist.Formulas (I) and (II): wherein in the formulas (I) and (II) each independently
X = S, CHR 4 , O, or NR 4 ;
R 1 and R 2 are each independently H, linear or branched C 1 -C 20 alkyl; thioalkyl; aryl; or heteroaryl, wherein R 1 and R 2 may also be linked together to form saturated or unsaturated cyclics or heterocycles;
R 3 = H, linear or branched C 1 -C 20 -alkyl; thioalkyl; aryl; Heteroaryl is;
R 4 = H, linear or branched C 1 -C 20 -alkyl, where the alkyl substituent may have cyclic substructures; acyloxy; aryl; or heteroaryl;
A is an aliphatic, aromatic or heteroaromatic compound group.
Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) werden in lichthärtenden bzw. lichthärtbaren Zusammensetzung eingesetzt. Diese Zusammensetzungen umfassen:
- a. mindestens eine radikalisch polymerisierbare Verbindung, insbesondere Vinylverbindung; und
- b. mindestens eine Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator.
- a. at least one radically polymerizable compound, in particular vinyl compound; and
- b. at least one compound of formula (I) and / or formula (II) as a radical initiator.
Die Erfindung betrifft weiterhin das gehärtete Produkt, welches durch Lichthärtung dieser Zusammensetzung mit sichtbarem Licht erhältlich ist, sowie das Lichthärtungsverfahren zur Herstellung eines solchen gehärteten Produkts als solches.The The invention further relates to the cured product which by photocuring this composition with visible Light is available, as well as the light curing process for producing such a cured product as such.
Außerdem betrifft die Erfindung insbesondere die Verwendung der Verbindungen der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator für die radikalische Polymerisation.Furthermore In particular, the invention relates to the use of the compounds of the formula (I) and / or the formula (II) as a radical initiator for the radical polymerization.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein neues Herstellungsverfahren für die Verbindungen der Formel (I) und/oder der Formel (II).After all The invention also relates to a new production method for the compounds of the formula (I) and / or of the formula (II).
Der Substituent R1 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R1 = H, C1-C20 Alkyl; Aryl, wobei Aryl ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Substituent, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent sein kann; Substituenten können Halogen, bevorzugt Chlor, Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, Diaminoalkyl, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden ist; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10 Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden; Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden, sein.The substituent R 1 in formulas (I) and (II) may preferably be varied as follows: R 1 = H, C 1 -C 20 alkyl; Aryl, wherein aryl may be a mono- to tri-substituted phenyl substituent, a monosubstituted to trisubstituted naphthalene substituent; Substituents may be halogen, preferably chloro, alkoxy, C 1 -C 20 alkyl, aminoalkyl, diaminoalkyl, acylamino, nitro, cyano, alkoxycarbonyl, wherein alkoxy = C 1 -C 10 alkyl is attached to a monovalent oxygen substituent; acyloxy; Dialkylamino = one or two C1-C10 alkyl bonded to a divalent nitrogen atom; Acylamino = C1-C10 alkanoyl or substituted benzoyl or naphthoyl bonded to an amino nitrogen.
Der Substituent R2 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R2 = H, C1-C20-Alkyl; Aryl, wobei Aryl ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Substituent, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent sein kann; Substituenten können Halogen, bevorzugt Chlor, Alkoxy, Dialkylamino, Acylamino, Methyl, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10-Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden, Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden, sein; Heteroaryl, wobei vorzugsweise ein ein- bis vierfach substituierter Pyridin-Substituent, substituierte Thiazyl, Oxazyl und Imidazyl-Substituenten eingesetzt werden.The substituent R 2 in the formulas (I) and (II) may preferably be varied as follows: R 2 = H, C 1 -C 20 -alkyl; Aryl, wherein aryl may be a mono- to tri-substituted phenyl substituent, a monosubstituted to trisubstituted naphthalene substituent; Substituents may be halogen, preferably chloro, alkoxy, dialkylamino, acylamino, methyl, nitro, cyano, alkoxycarbonyl, wherein alkoxy = C1-C10 alkyl is attached to a monovalent oxygen substituent; acyloxy; Dialkylamino = one or two C1-C10 alkyl bonded to a divalent nitrogen atom, acylamino = C1-C10 alkanoyl or substituted benzoyl or naphthoyl bonded to an amino nitrogen; Heteroaryl, wherein preferably a mono- to tetra-substituted pyridine substituent, substituted thiazyl, oxazyl and imidazyl substituents are used.
Der Substituent R3 in der Formel (I) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R3 = H, C1-C20-Alkyl, vorzugsweise ein ein- bis fünffach substituierter Phenyl-Rest, ein ein- bis siebenfach substituierter Naphthalin-Substituent; Substituenten sind ausgewählt aus Halogen, bevorzugt Chlor, Methoxy, Methyl, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei Alkoxy = C1-C10 Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituengen gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10 Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden, Acylamino = C1-C10 Alkanoyl oder substituiertes Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden. Auch Ein- und Mehrfachkondensationsprodukte zwischen einer cyclischen Thiohydroxamsäure und einer substituierten Benzol-1,2-, -1,3- oder -1,4-dicarbonsäure oder einer Naphthalin-di-, tri-, -tetracarbonsäure können als R3 genannt werden. Weiterhin kann R3 ein heteroaromatischer Rest sein, wobei der Begriff heteroaroamtisch sich vorzugsweise auf Pyridin, Pyrrol, Thiophen und Furan sowie deren Derivate bezieht.The substituent R 3 in the formula (I) may preferably be varied as follows: R 3 = H, C 1 -C 20 -alkyl, preferably a mono- to quintuply-substituted phenyl radical, a monosubstituted to trisubstituted naphthalene substituent; Substituents are selected from halogen, preferably chloro, methoxy, methyl, nitro, cyano, alkoxycarbonyl, where alkoxy = C1-C10 alkyl is attached to a monovalent oxygen substituent gene; acyloxy; Dialkylamino = one or two C1-C10 alkyl bonded to a divalent nitrogen atom, acylamino = C1-C10 alkanoyl or substituted benzoyl or naphthoyl bonded to an amino nitrogen. Single and multiple condensation products between a cyclic thiohydroxamic acid and a substituted benzene-1,2-, 1,3- or 1,4-dicarboxylic acid or a naphthalene di-, tri-, tetracarboxylic acid can also be mentioned as R 3 . Furthermore, R 3 may be a heteroaromatic radical, wherein the term heteroaroamtisch preferably refers to pyridine, pyrrole, thiophene and furan and derivatives thereof.
Der Substituent R4 in den Formeln (I) und (II) kann vorzugsweise wie folgt variiert werden: R4 = H, C1-C10-Alkyl, wobei ab C3 die Alkylkette linear oder verzweigt sein kann oder der Alkylsubstituent cyclische Teilstrukturen aufweisen kann, Phenyl, ein bis fünfach substituierte Phenylgruppen.The substituent R 4 in the formulas (I) and (II) can preferably be varied as follows: R 4 = H, C 1 -C 10 -alkyl, where from C 3 the alkyl chain can be linear or branched or the alkyl substituent can have cyclic substructures, Phenyl, one to five times substituted phenyl groups.
Die ringständige Gruppe X in den Formeln (I) und (II) kann bevorzugt wie folgt variiert werden, lautet aber besonders bevorzugt X = S. Formel (I) ist nachstehend beispielhaft angegeben.The ring group X in the formulas (I) and (II) can preferably be varied as follows, but is particularly preferred X = S. Formula (I) is exemplified below.
Bei den Verbindungen der Formel (II) ist A bevorzugt eine Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen-, Furan-, Thiazol-, Oxazol- oder Imidazol-Gruppe oder ein Derivat davon oder eine ein- bis vierfach substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe.at A of the compounds of the formula (II) is preferably a pyridine, Pyrrole, thiophene, furan, thiazole, oxazole or imidazole group or a derivative thereof or a mono- to tetra-substituted or unsubstituted phenylene group.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen Verbindungen der Formel (I) bzw. (II) auf, worin X = S ist. Bevorzugt sind zudem R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander H, C1-C20-Alkyl, Aryl, oder Heteroaryl; wobei Aryl einen ein- bis fünffach substituierten Phenyl-Substituenten oder einen ein- bis siebenfach substituierten Naphthalin-Substituenten bedeutet, wobei die Substituenten aus Halogen, insbesondere Chlor, C1-C10-Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, C1-C10-Mono- oder -dialkylamino, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl ausgewählt sind; und Heteroaryl substituiertes oder unsubstituiertes Pyridin, Pyrrol, Thiophen oder Furan bedeutet. Ferner ist A bevorzugt eine Pyridin-, Pyrrol-, Thiophen-, Furan-, Thiazol-, Oxazol- oder Imidazol-Gruppe oder ein Derivat davon oder eine ein- bis vierfach substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe ist. Die Definition der Substituenten an der Phenylengruppe entspricht der oben angeführten Definition. R2 ist in Formel (I) oder (II) besonders bevorzugt nicht H, da bei diesen Verbindungen (d. h. in denen R2 C1-C20-Alkyl, Aryl, oder Heteroaryl wie oben definiert ist) eine überraschend höhere Sensitivität im sichtbaren Bereich des Lichts auftritt. Als Grund dafür wird eine bei Alkyl- und insbesondere Arylsubstituenten R2 bathochrome Verschiebung des längstwelligen Absorptionsmaximums des Chromophors (z. B. des Thiazol-2(3H)-chromophors) und eine damit verbundene höhere Sensivität im sichtbaren Bereich vermutet.Preferred embodiments of the invention have compounds of the formula (I) or (II) in which X = S. In addition, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are preferably independently of one another H, C 1 -C 20 -alkyl, aryl or heteroaryl; where aryl is a monosubstituted to trisubstituted phenyl substituent or a monosubstituted to trisubstituted naphthalene substituent, the substituents being selected from halogen, in particular chlorine, C 1 -C 10 -alkoxy, C 1 -C 20 -alkyl, aminoalkyl, C 1 -C 10 -alkyl, Mono- or dialkylamino, acylamino, nitro, cyano, alkoxycarbonyl; and heteroaryl is substituted or unsubstituted pyridine, pyrrole, thiophene or furan. Further, A is preferably a pyridine, pyrrole, thiophene, furan, thiazole, oxazole or imidazole group or a derivative thereof, or a mono- to tetra-substituted or unsubstituted phenylene group. The definition of the substituents on the phenylene group corresponds to the definition given above. R 2 in formula (I) or (II) is particularly preferably not H, since in these compounds (ie in which R 2 is C 1 -C 20 -alkyl, aryl or heteroaryl as defined above) a surprisingly higher sensitivity in the visible range of Light occurs. The reason for this is assumed to be a bathochromic shift of the longest wavelength absorption maximum of the chromophore (eg of the thiazole-2 (3H) chromophore) at alkyl and in particular aryl substituent R 2 and a higher sensitivity in the visible range associated therewith.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin X = S ist, R1 = C1-C4-Alkyl ist, R2 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta- oder paraständigen Substituenten ist, wobei der Substituent ausgewählt ist aus Methoxy, C1- C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor; oder R1 und R2 einen ungesättigten Cyclus bilden; R3 = Phenyl oder ein Phenyl-Rest mit einem weiteren ortho-, meta oder para-ständigen Substituenten, ausgewählt aus Methoxy, C1-C4-Alkyl, Amino, Dialkylamino, Acylamino und Chlor, ist. Durch R1 und R2 gebildete ungesättigte Cyclen sind hier insbesondere Phenyl, Inden, Cumaron (Benzofuran), Indol, Thionaphthen (Benzothiophen), Naphthalin die substituiert sein können. Als Substituenten sind insbesondere Halogen, bevorzugt Chlor, C1-C10-Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, C1-C10-Mono- oder -dialkylamino, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl genannt.Further preferred are compounds of formula (I) wherein X is S, R 1 is C 1 -C 4 alkyl, R 2 is phenyl or a phenyl radical having another ortho, meta or para substituent, said Substituent is selected from methoxy, C 1 -C 4 alkyl, amino, dialkylamino, acylamino and chlorine; or R 1 and R 2 form an unsaturated cycle; R 3 = phenyl or a phenyl radical having another ortho, meta or para substituent selected from methoxy, C 1 -C 4 alkyl, amino, dialkylamino, acylamino and chloro. Unsaturated cyclics formed by R 1 and R 2 are especially phenyl, indene, coumarone (benzofuran), indole, thionaphthene (benzothiophene), naphthalene which may be substituted. Particularly suitable substituents are halogen, preferably chlorine, C 1 -C 10 -alkoxy, C 1 -C 20 -alkyl, aminoalkyl, C 1 -C 10 -mono- or -dialkylamino, acylamino, nitro, cyano, alkoxycarbonyl.
Ganz besonders bevorzugte Verbindungen gemäß der Erfindung sind durch die folgenden Formeln (III)–(V) dargestellt. Dabei sind die Verbindungen (III) und (IV) besonders geeignet für die Photopolymerisation mit reinem Blaulicht der Wellenlänge von ungefähr 380–500 nm.All particularly preferred compounds according to the invention are represented by the following formulas (III) - (V). The compounds (III) and (IV) are particularly suitable for the photopolymerization with pure blue light of the wavelength from about 380-500 nm.
In den Formeln (III) bis (V) bedeutet R5 = Chlor, Alkoxy, C1-C20-Alkyl, Aminoalkyl, Diaminoalkyl, Acylamino, Nitro, Cyano, Alkoxycarbonyl, wobei bedeutet: Alkoxy = C1-C10-Alkyl an einen einwertigen Sauerstoff-Substituenten gebunden; Acyloxy; Dialkylamino = ein oder zwei C1-C10-Alkyl an ein zweiwertiges Stickstoffatom gebunden; Acylamino = C1-C10-Alkanoyl oder substituiert Benzoyl oder Naphthoyl an einen Aminostickstoff gebunden. Ferner ist X = O, S, CHR4, NR4, bevorzugt S, und n reicht von 1 bis 4. R4 ist wie bei den Formeln (I) und (II) oben definiert.In the formulas (III) to (V), R 5 represents chlorine, alkoxy, C 1 -C 20 -alkyl, aminoalkyl, diaminoalkyl, acylamino, nitro, cyano, alkoxycarbonyl, wherein: alkoxy = C 1 -C 10 -alkyl to a monovalent oxygen -Substituenten bound; acyloxy; Dialkylamino = one or two C1-C10 alkyl bonded to a divalent nitrogen atom; Acylamino = C1-C10 alkanoyl or substituted benzoyl or naphthoyl bonded to an amino nitrogen. Further, X = O, S, CHR 4 , NR 4 , preferably S, and n ranges from 1 to 4. R 4 is as defined above for the formulas (I) and (II).
Erfindungsgemäße Beispiele, in denen X = NR4 ist, lauten wie folgt (Formeln (VI) und (VII)): Examples of the invention in which X is NR 4 are as follows (formulas (VI) and (VII)):
Die
erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach
Formel (I) oder (II), welche durch die Bestrahlung mit sichtbarem
Licht aktiviert werden können, sind gemäß den
Verfahren aus
Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) können zudem nach einem neuen Verfahren hergestellt werden, welches die Umsetzung der freien N-Hydroxy-Verbindung der folgenden Formel worin X, R1 und R2 wie oben definiert sind, mit einem Carbonsäurechlorid bzw. Bis(carbonsäurechlorid) einer der beiden folgenden Formeln umfasst, worin R3 wie oben dfiniert ist, und ebenfalls Teil der Erfindung ist. Im folgenden wird die Synthese beispielhaft für die bevorzugte Ausführungsform mit X = S, d. h. unter Einsatz von N-Hydroxythiazolthionen als Edukt, beschrieben. Analoges gilt aber auch für die anderen oben genannten Definitionen von X.In addition, the polymerization initiators of the formula (I) or (II) according to the invention can be prepared by a novel process which comprises reacting the free N-hydroxy compound of the following formula wherein X, R 1 and R 2 are as defined above, with a carboxylic acid chloride or bis (carboxylic acid chloride) of one of the following two formulas wherein R 3 is as defined above and is also part of the invention. In the following, the synthesis is described by way of example for the preferred embodiment with X = S, ie using N-hydroxythiazolethiones as starting material. The same applies to the other definitions of X above.
Die Bildung der Verbindung der Formel (I) oder der Formel (II) hängt von den eingesetzten Molverhältnissen der Ausgangsprodukte ab. Bei einem annähernd 1:1-Molverhältnis von N-Hydroxythiazolthion zu Carbonsäurechlorid resultieren die Verbindungen der Formel (I), bei einem annähernd 2:1-Molverhältnis von N-Hydroxythiazolthion zu Bis(carbonsäurechlorid) resultieren die Verbindungen der Formel (II). Die Umsetzung erfolgt in einem alkalischen wässrig/organischem Medium (bevorzugt Alkalicarbonat in Aceton) in einem Temperaturbereich von 10° bis 50°C, bevorzugt bei Umgebungstemperatur (ca. 20°C). Die Ausgangsprodukte sind entweder kommerziell erhältlich oder können durch dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden.The formation of the compound of the formula (I) or the formula (II) depends on the molar ratios of the starting materials used. At an approximately 1: 1 molar ratio of N-hydroxythiazolethione to carboxylic acid chloride, the compounds of formula (I) result in an approximately 2: 1 molar ratio of N-Hydroxythiazolthion to bis (carboxylic acid chloride) results in the compounds of formula (II). The reaction takes place in an alkaline aqueous / organic medium (preferably alkali metal carbonate in acetone) in a temperature range from 10 ° to 50 ° C., preferably at ambient temperature (about 20 ° C.). The starting materials are either commercially available or can be prepared by methods known to those skilled in the art.
Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ist der Einsatz der freien N-Hydroxythiazolthione anstelle von deren Salzen, da die freien Säuren im Allgemeinen als Produkt der Thizaolthion-Synthese anfallen und im Gegensatz zu meist hygroskopischen Alkalimetallsalzen weder hygroskopisch sind noch basisch reagieren. Folglich zeichnet sich das neue Verfahren insbesondere durch eine höhere Effizienz und leichtere Handhabung der Edukte aus.advantage Compared to the known methods is the use of the free N-Hydroxythiazolthione instead of their salts, since the free Acids generally as a product of thiazole thione synthesis incurred and in contrast to most hygroscopic alkali metal salts are neither hygroscopic nor basic. Consequently, draws In particular, the new procedure is characterized by a higher Efficiency and easier handling of the starting materials.
Die erfindungsgemäßen Polymerisationsinitiatoren nach Formel (I) oder (II) weisen eine Durchhärtung mit hohem Durchhärtungsgrad bzw. hoher Eindringtiefe auf und sind in einem breiten technischen Gebiet einsetzbar. Darüber hinaus weisen sie einige deutliche Vorteile im Vergleich zu schon bekannten UV- und VIS-Photoinitiatoren auf. Darunter fallen, dass die neuen Initiatoren metallfrei, einfach zu synthetisieren und mit, aber insbesondere auch ohne Amin-Coinitiatoren verwendet werden können. Die Photoinitiatoren werden für die angegebenen Anwendungsgebiete in Mengen von 0,001 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,01 bis 0.1 Gew.-%, bezogen auf das Monomersystem eingewogen. Dabei können die Photoinitiatoren dank ihrer guten Löslichkeit einfach in das verwendete System eingerührt werden, was eine gleichmäßige Verteilung der Initiatoren und die Transparenz des Polymerisats gewährleistet.The according to the invention after polymerization Formula (I) or (II) exhibit high through-cure Cure degree or high penetration depth and are can be used in a wide technical field. About that In addition, they have some significant advantages compared to already known UV and VIS photoinitiators. This includes that the new initiators metal-free, easy to synthesize and with, but in particular also be used without amine coinitiators can. The photoinitiators are indicated for the Uses in amounts of 0.001 to 20 wt .-%, preferably 0.01 to 1 wt .-% and particularly preferably from 0.01 to 0.1 wt .-%, weighed in based on the monomer system. It can the photoinitiators, thanks to their good solubility, are simple be stirred into the system used, resulting in a uniform Distribution of the initiators and the transparency of the polymer guaranteed.
Die Photopolymerisation kann mittels Sonneneinstrahlung, oder durch bekannte Methoden der Photopolymerisation, also durch Bestrahlung mittels Lichtquellen, welche die erforderlichen Wellenlängen im ausreichenden Maße emittieren, erfolgen. Geeignete Wellenlängen sind dabei 300 < λ < 780 nm, bevorzugt 350 < λ < 600.The Photopolymerization can be done by solar radiation, or by known methods of photopolymerization, ie by irradiation by means of light sources showing the required wavelengths emit sufficiently. Suitable wavelengths are 300 <λ <780 nm, preferably 350 <λ <600.
Die neue Verbindung kann als Photoinitiator für photopolymerisierbare ungesättigte Verbindungen verwendet werden. Solche Verbindungen sind beispielsweise ungesättigte Monomere wie Ester von (Meth)acrylsäure, z. B. Methyl-, Ethyl-, n- oder tert-Butyl-, Isooctyl-, Hydroxyethyl-, Glycidyl- oder Tetrahydrofufuryl(meth)acrylat, Etylenglycoldi(meth)acrylat, Neopentyldi(meth)-acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat; Pentaerythrittetra-(meth)acrylat oder Pentaerythritris(meth)acrylat; Acrylnitril, (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylamid, N-substituierte (Meth)acrylamide; Vinylester wie z. B. Styrol, Alkylstyrole, Halogenstyrole, Divinylbenzol, Vinylnaphthalin, N-Vinylpyrrolidon, Vinylchlorid; Allylverbindungen wie Diallylphthalat, Diallylmaleat, Triallylisocyanurat, Triallylphosphat, oder Ethylenglycol-diallylether, und die Mischung von solchen ungesättigten Monomeren.The new compound can act as a photoinitiator for photopolymerizable unsaturated compounds are used. Such compounds For example, unsaturated monomers such as esters of (Meth) acrylic acid, e.g. Methyl, ethyl, n- or tert-butyl, Isooctyl, hydroxyethyl, glycidyl or tetrahydrofufuryl (meth) acrylate, Ethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate; Pentaerythritol tetra- (meth) acrylate or pentaerythritol (meth) acrylate; Acrylonitrile, (meth) acrylonitrile, (Meth) acrylamide, N-substituted (meth) acrylamides; Vinyl esters like z. Styrene, alkylstyrenes, halostyrenes, divinylbenzene, vinylnaphthalene, N-vinylpyrrolidone, vinyl chloride; Allyl compounds such as diallyl phthalate, Diallyl maleate, triallyl isocyanurate, triallyl phosphate, or ethylene glycol diallyl ether, and the mixture of such unsaturated monomers.
Photopolymerisierbare Verbindungen sind weiterhin ungesättigte Oligomere oder Polymere und deren Mischungen mit ungesättigten Monomeren. Hierzu zählen thermoplastische Harze, die ungesättigte Gruppen wie Maleinsäureester, Fumarsäure, Allylgruppen oder Acryl- oder Methacrylgruppen enthalten. Beispiele für solche Oligomere sind ungesättigte Polyester, ungesättigte Acrylharze sowie Polyetheracrylatoligomere. Beispiele für mehrfach ungesättigte Verbindungen sind vor allem die Acrylate bzw. Methacrylate von Diolen und Polyolen z. B. Hexamethylendi(meth)acrylat, Trimethylenpropantri(meth)acrylat, oder Pentaerythrittetra(meth)acrylat.photopolymerizable Compounds are also unsaturated oligomers or Polymers and their mixtures with unsaturated monomers. These include thermoplastic resins, the unsaturated ones Groups such as maleic acid esters, fumaric acid, allyl groups or acrylic or methacrylic groups. Examples of such Oligomers are unsaturated polyesters, unsaturated Acrylic resins and polyether acrylate oligomers. examples for Polyunsaturated compounds are especially the acrylates or methacrylates of diols and polyols z. Hexamethylenedi (meth) acrylate, Trimethylenepropane tri (meth) acrylate, or pentaerythritol tetra (meth) acrylate.
Des Weiteren kann eine Polymerisation in gewohnter Weise in Emulsion, in umgekehrter Emulsion, in Substanz oder in Lösung durchgeführt werden. Als Lösemittel können Wasser, wässrige organische Lösemittel, rein organischen Lösemittel, Lösemittelgemische oder ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Bei Verwendung einer transparenten Apparatur oder einer hochdruckstabilen Lichtquelle kann die Polymerisation auch in überkritischem Kohlendioxid durchgeführt werden. Die Polymerisation kann insbesondere unter für die radikalische Polymerisation typischen Bedingungen durchgeführt werden. Die genauen Bedingungen sind unkritisch und können vom Fachmann in gewohnter Weise eingestellt werden.Of Furthermore, a polymerization in the usual way in emulsion, in reverse emulsion, in bulk or in solution become. As solvent can water, aqueous organic solvents, pure organic solvents, Solvent mixtures or ionic liquids be used. When using a transparent apparatus or a high-pressure stable light source, the polymerization can also be carried out in supercritical carbon dioxide. The polymerization may in particular under for the radical Polymerization typical conditions are carried out. The exact conditions are uncritical and may vary from Professional in the usual way.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung, welche mindestens eine radikalisch polymerisierbare Verbindung, insbesondere Vinylverbindung; und mindestens eine Verbindung der Formel (I) und/oder der Formel (II) als Radikalinitiator enthält, als Beschichtungsmaterial für technische, optische, medizinische Anwendungen sowie in der Photolithographie. Dabei hat die Photohärtung für Druckfarben besondere Bedeutung, da die Trocknungszeit des Bindemittels die Produktionsgeschwindigkeit des Produktes maßgeblich mitbestimmt. Ebenso ist die Photohärtung von Oberflächenbeschichtungen, wie sie bei der Lackierung von Blechen, oder Kunststoffteilen jeder Art anfällt, ein weiteres Einsatzgebiet. Auch hier besteht der Vorteil darin, dass durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht (Blaulicht) die Härtung initialisiert und somit auf die Bestrahlung mit für den Menschen schädlichen UV-Strahlen verzichtet werden kann. Ebenso ist ein Photoinitiator gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher durch sichtbares Licht die zur Polymerisation initialisierende Spezies zur Verfügung stellt, für eine Verwendung in der Photolithographie geeignet. Hierbei wird ein Substrat mit photopolymerisierbaren Monomeren beschichtet und bestimmte Bereiche des Substrates mit sichtbarem Licht bestrahlt. Anschließend werden die ungehärteten Anteile mittels Lösemittel eruiert ausgespült. Auf diese Weise können mit Hilfe des neuen Photoinitiators dreidimensionale Strukturen aufgebaut werden, wie sie beispielsweise bei Druckplatten, oder bei einer Teilbeschichtung von Silicium-Wafern gebraucht werden. Die lichthärtenden Zusammensetzungen, wie sie für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, können erfindungsgemäß außer den photopolymerisierbaren Verbindungen und dem entsprechenden Photoinitiator je nach Verwendungszweck Füllstoffe, wie Kieselsäure, Gips, Pigmente, Farbstoffe, Fasern, Verlaufsmittel oder Treibmittel, oder andere übliche Zusatzstoffe enthalten.The invention further relates to the use of the above-described composition which comprises at least one free-radically polymerizable compound, in particular vinyl compound; and at least one compound of formula (I) and / or formula (II) as a radical initiator, as a coating material for technical, optical, medical applications and in photolithography. Photohardening is of particular importance for printing inks since the drying time of the binder decisively influences the production speed of the product. Likewise, the photocuring of surface coatings, as obtained in the coating of sheets, or plastic parts of any kind, another field of application. Also Here, the advantage is that by the irradiation with visible light (blue light) initializes the hardening and thus can be dispensed with the irradiation of harmful to humans UV rays. Also, a photoinitiator according to the present invention which provides by visible light the polymerization-initializing species is suitable for use in photolithography. Here, a substrate is coated with photopolymerizable monomers and irradiated certain areas of the substrate with visible light. Subsequently, the uncured fractions are rinsed out by means of solvents. In this way, with the help of the new photoinitiator three-dimensional structures can be constructed, as used for example in printing plates, or in a partial coating of silicon wafers. The light-curing compositions used for various purposes may contain fillers such as silica, gypsum, pigments, dyes, fibers, flow control agents or blowing agents, or other conventional additives, other than the photopolymerizable compounds and the corresponding photoinitiator.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert: The Invention is further illustrated by the following examples:
Anwendungsbeispiele:Application examples:
1. Synthese der Verbindungen nach Formel (I) und (II):1. Synthesis of the compounds of formula (I) and (II):
Die Herstellung der Verbindungen nach Formel (I) und (II) erfolgt erfindungsgemäß nach folgenden allgemeinen Schemata: The preparation of the compounds of formula (I) and (II) according to the invention according to the following general schemes:
Für die bevorzugte Ausführungsform X = S (d. h. unter Einsatz eines N-Hydroxythiazolthions als Edukt) verläuft die Synthese wie folgt: For the preferred embodiment X = S (ie using an N-hydroxythiazolethione as starting material), the synthesis proceeds as follows:
Eine Lösung aus N-Hydroxythiazolthion (1.00 mmol) in einem adäquaten Volumen Aceton wird mit K2CO3 (3 mmol) versetzt und 10 min bei 20°C gerührt. Zu der Reaktionsmischung tropfenweise ein Carbonsäurechlorid (1.1 mmol) gegeben. Die Reaktionsmischung wird bei 20°C nachgerührt. Die erhaltene Suspension wird mit Wasser versetzt, die Phasen getrennt und die wässrige Phase sukzessiv mit Diethylether und mit Ethylacetat extrahiert. Die organischen Phase wird mit den organischen Extrakten vereinigt und mit 2 M NaOH, sowie mit gesättigter wässriger NaCl-Lösung gewaschen. Die organische Phase wird abgetrennt, mit MgSO4 getrocknet und bei vermindertem Druck eingeengt. Der erhaltene Rückstand wird aus CH2Cl2/Et2O/Pentan umkristallisiert.A solution of N-hydroxythiazolethione (1.00 mmol) in an adequate volume of acetone is combined with K 2 CO 3 (3 mmol) and stirred at 20 ° C for 10 min. To the reaction mixture was added dropwise a carboxylic acid chloride (1.1 mmol). The reaction mixture is stirred at 20 ° C. Water is added to the resulting suspension, the phases are separated and the aqueous phase is extracted successively with diethyl ether and with ethyl acetate. The organic phase is combined with the organic extracts and washed with 2 M NaOH, and with saturated aqueous NaCl solution. The organic phase is separated, dried with MgSO 4 and concentrated under reduced pressure. The residue obtained is recrystallized from CH 2 Cl 2 / Et 2 O / pentane.
2. Verwendung der Verbindungen nach Formel (I) und (II) als Photoinitiator:2. Use of the compounds according to formula (I) and (II) as a photoinitiator:
Es werden in einem Schlenkkolben 2 g Monomer und 0,5 Gew.-% Ethylenglycoldimethacrylat (EGDMA) als Vernetzer vorgelegt und so lange gerührt, bis eine homogene Lösung entstanden ist. Um die Polymerisation zu starten, wird zur Monomerlösung mit 0,07 Gew.-% (1,4 mg/0,0039 mmol) 5-(4-Methoxyphenyl)-4-methyl-2-thioxo-2,3-dihydro-1,3-thiazol-3-ylbenzoat eingerührt und das Polymerisat direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Bereits nach wenigen Minuten ist die Aushärtung soweit fortgeschritten, dass ein festes Polymer entstanden ist.It in a Schlenk flask 2 g of monomer and 0.5 wt .-% ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as a crosslinker and stirred until, until a homogeneous solution has emerged. To the polymerization is added to the monomer solution with 0.07 wt .-% (1.4 mg / 0.0039 mmol) of 5- (4-methoxyphenyl) -4-methyl-2-thioxo-2,3-dihydro-1,3-thiazol-3-yl-benzoate stirred and the polymer direct sunlight exposed. After just a few minutes, the curing is so far advanced that a solid polymer has arisen.
Die
Ergebnisse sind der folgenden Tablelle 1 zu entnehmen. Tab. 1: Anwendungsbeispiele
- a) Polymerisation in Lösung mit Toluol als LM
- f) festes Polymer
- n) Polymerniederschlag
- *) Aushärtung nach Belichten mit Sonnenlicht bei direkter Sonneneinstrahlung im Monat Mai
- a) Polymerization in solution with toluene as LM
- f) solid polymer
- n) polymer precipitate
- *) Curing after exposure to sunlight in direct sunlight in the month of May
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Also Published As
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