DE102016213372A1 - NIR absorber Additives for the laser beam welding of plastics - Google Patents
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Abstract
Es werden 1,3-Quadraine der allgemeinen Formel (I) mit 2,3-Dihydro-1H-perimidinyl-Flügelgruppen sowie deren Verwendung als Additive zur Herstellung von laserstrahlschweißbaren thermoplastischen Polymermaterialien beschrieben.There are described 1,3-quadrains of the general formula (I) with 2,3-dihydro-1H-perimidinyl-wing groups and their use as additives for the production of laser-weldable thermoplastic polymer materials.
Description
Es werden 1,3-Quadraine der allgemeinen Formel (I) mit 2,3-Dihydro-1H-perimidinyl-Flügelgruppen sowie deren Verwendung als Additive zur Herstellung von laserstrahlschweißbaren thermoplastischen Polymermaterialien beschrieben. Die Erfindung betrifft insbesondere organische NIR-Absorber mit einem Absorptionsmaximum von 808 nm ± 20 nm zur Herstellung von laserstrahlschweißbaren thermoplastischen Polymermaterialien. Die NIR-Absorber weisen eine hohe Temperaturstabilität auf und können mittels Extrusion in ein Polymer eingebracht werden. There are described 1,3-quadrains of the general formula (I) with 2,3-dihydro-1H-perimidinyl-wing groups and their use as additives for the production of laser-weldable thermoplastic polymer materials. The invention particularly relates to organic NIR absorbers having an absorption maximum of 808 nm ± 20 nm for the production of laser-weldable thermoplastic polymer materials. The NIR absorbers have a high temperature stability and can be introduced into a polymer by means of extrusion.
Stand der TechnikState of the art
Das Laserstrahlschweißen von Kunststoffen bzw. Polymeren hat sich seit ca. Mitte der 1990er Jahre als Materialbearbeitungsprozess etabliert. Einer der Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken, z.B. dem IR-Schweißen, ist die hohe Präzision, mit der Kunststoffteile miteinander innerhalb kürzester Zeit verbunden werden können, selbst bei anspruchsvollen Geometrien. Hierbei wird das Laserstrahlschweißen beispielsweise für Produkte im Automobilbau, in der Luftfahrttechnik und in der Medizintechnik, wie auch für elektronische Geräte und Haushaltsgeräte angewendet.The laser beam welding of plastics or polymers has been established since about the mid-1990s as a material processing process. One of the advantages over conventional techniques, e.g. IR welding, is the high precision with which plastic parts can be joined together within a very short time, even with demanding geometries. Laser beam welding is used here, for example, for products in the automotive industry, in aviation technology and in medical technology, as well as for electronic devices and household appliances.
In der Zwischenzeit sind verschiedene Ausführungsarten für das Laserstrahlschweißen entwickelt worden. In the meantime, various embodiments have been developed for laser beam welding.
Beim Laserstrahlstumpfschweißen werden beispielsweise zwei Fügepartner durch eine Schweißnaht verbunden. Der Laserstrahl wird von beiden Fügepartnern absorbiert und die eingebrachte Energie in Wärme umgewandelt, die zum Schmelzen entlang des Fügebereiches führt. Mit zunehmender Eindringtiefe des Laserstrahles wird durch die zunehmende Absorption durch das Fügematerial die Intensität des Laserstrahles von der Laserstrahleintrittsseite zur Laserstrahlaustrittseite hin geringer. Das führt zu einem unsymmetrischen Temperaturverlauf entlang des Fügebereiches – und damit auch einem entsprechenden Festigkeitsverlauf.When Laserstrahlstumpfschweißen example, two joining partners are connected by a weld. The laser beam is absorbed by both joining partners and the introduced energy is converted into heat, which leads to melting along the joining area. As the depth of penetration of the laser beam increases, the intensity of the laser beam from the laser beam entrance side to the laser beam exit side decreases due to the increased absorption by the joining material. This leads to an asymmetrical temperature profile along the joint area - and thus also a corresponding strength profile.
Beim Laserstrahldurchschweißen oder Überlappungsschweißen werden zwei zu verbindende Materialien übereinander gelegt. Das obere Material ist für den Laserstrahl durchlässig. Das darunter liegende Material absorbiert die Laserenergie und wandelt diese in Wärme um, was zu einem symmetrischen Schmelzprozess zwischen den Fügepartnern und schließlich zu einer festen Verbindung der beiden Materialien führt.In laser beam welding or overlap welding, two materials to be bonded are superimposed. The upper material is permeable to the laser beam. The underlying material absorbs the laser energy and converts it into heat, which leads to a symmetrical melting process between the joining partners and finally to a firm connection of the two materials.
Eine erste technische Möglichkeit stellten für Laserstrahlschweißen im nahen Infrarot-Bereich (NIR; near infrared region) beispielsweise Nd:YAG-Festkörperlaser (1064 nm) sowie Faserlaser (eine spezielle Form des Festkörperlasers) dar, die allerdings höher in den Anschaffungs- und Wartungskosten sind. Deshalb werden üblicherweise über 90 % der Anwendungen mit kostengünstigeren Diodenlasern durchgeführt.A first technical possibility for near infrared laser radiation welding (NIR), for example, was Nd: YAG solid-state lasers (1064 nm) and fiber lasers (a special form of solid-state lasers), which however are higher in acquisition and maintenance costs , Therefore, over 90% of applications are typically performed with less expensive diode lasers.
Kommerziell verfügbare Diodenlaser umfassen gewöhnlich den Emissionsbereich von 750 nm bis 2000 nm. Damit akzeptable Bearbeitungszeiten beim Schweißen erreicht werden können, sollte bevorzugt deren Ausgangsleistung größer als 10 Watt sein. Das erreichen beispielsweise Diodenlaser beinhaltend GaAs-Halbleitermaterial, die einen Emissionsbereich von 750 nm bis 1100 nm umfassen. Für verschiedene Anwendungen haben sich mittlerweile hauptsächlich drei Wellenlängen durchgesetzt, nämlich mit einem Emissionsmaximum bei 780 nm (z.B. CD-Spieler und -Brenner), 808 nm (Pumpen von Nd:YAG-Festkörperlasern) und 980 nm (Pumpen von Erbium-dotierten Faserverstärkern).Commercially available diode lasers usually have the emission range of 750 nm to 2000 nm. In order to achieve acceptable welding processing times, their output power should preferably be greater than 10 watts. This is achieved, for example, by diode lasers comprising GaAs semiconductor material which have an emission range of 750 nm to 1100 nm. In the meantime, three wavelengths have become established for various applications, namely with an emission maximum at 780 nm (eg CD player and burner), 808 nm (pumping of Nd: YAG solid-state lasers) and 980 nm (pumping of erbium-doped fiber amplifiers) ,
Für ein erfolgreiches Verschweißen von Kunststoffen ist, wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich ist, eine gewisse Absorption des Laserstrahls im zu verbindenden bzw. zu verfügenden Material erforderlich.For a successful welding of plastics, as is apparent from the above statements, a certain absorption of the laser beam in the material to be connected or required to be provided.
Gewöhnlich absorbieren Polymere, unabhängig von ihrem Gehalt an Additiven, im mittleren IR-Bereich (4000 cm–1 – 400 cm–1), so dass dünne Folien mit einem CO2-Laser verschweißt werden können. Dickere Folien können üblicherweise damit nicht verschweißt werden, da der Laserstrahl nicht mehr zur zweiten Folie durchdringt oder bei höherer Intensität des Laserstrahles die obere Folie thermisch zerstört werden würde. Typically, regardless of their content of additives, polymers absorb in the mid-IR range (4000 cm -1 - 400 cm -1 ), so that thin films can be welded to a CO 2 laser. Thicker films usually can not be welded with it, since the laser beam no longer penetrates to the second film or at higher intensity of the laser beam, the upper film would be thermally destroyed.
Deshalb ist beim Laserstrahldurchschweißen bevorzugt die obere Folie für den verwendeten Laserstrahl transparent. Dafür eignet sich prinzipiell der nahe IR-Bereich von 780 nm bis 1100 nm.Therefore, in laser beam welding, the upper film is preferably transparent to the laser beam used. In principle, the near IR range from 780 nm to 1100 nm is suitable for this purpose.
Die Absorption der Laserstrahlung vom Polymermaterial kann daneben oder zusätzlich durch Additive (Absorber) erreicht werden. Als Additive können dabei Farbstoffe und organische oder anorganische Pigmente zum Einsatz kommen. Anfangs stand nur Ruß als Absorber zur Verfügung, der die Anwendbarkeit des Verfahrens naturgemäß auf dunkel gefärbte Kunststoffe limitierte. The absorption of the laser radiation from the polymer material can be achieved alongside or in addition by additives (absorbers). Dyes and organic or inorganic pigments can be used as additives. Initially, only carbon black was available as an absorber, which of course limited the applicability of the process to dark-colored plastics.
Auch aus dem Bereich der anorganischen Chemie stammt eine Reihe von Absorbern, die als Additive für das Laserschweißen von Kunststoffen eingesetzt werden können. Die
Hinzu kommt als weiterer Punkt, dass insbesondere viele transparente Polymere andere nano-skalige Additive enthalten, die im Bereich zwischen 900 nm und 1200 nm absorbieren, so dass in diesen Fällen das optisch transparente Polymer nicht mehr für Laserstrahlen dieses Bereiches durchlässig ist. Für die Wahl der Emissionswellenlänge des Lasers ist jedoch von Vorteil, dass es in vielen Polymeren weitestgehend unabhängig von Additiven eine Lücke um 800 nm gibt, in der die Transmission hohe Werte erreicht, so dass für ein Laserstrahlschweißen beispielsweise eine 808 nm Diode angewendet werden kann.In addition, as a further point, in particular many transparent polymers contain other nanoscale additives which absorb in the range between 900 nm and 1200 nm, so that in these cases the optically transparent polymer is no longer permeable to laser beams of this range. For the choice of the emission wavelength of the laser, however, it is advantageous that in many polymers there is a gap around 800 nm largely independent of additives, in which the transmission reaches high values, so that, for example, an 808 nm diode can be used for laser beam welding.
Erst mit den Absorbern Lumogen® IR 765 und IR 788 der BASF AG wurde ein verbessertes Laserstrahlschweißen von farbigen oder transparenten Kunststoffen möglich. Die Absorber der Lumogen®-Reihe erfüllen hierbei die Kriterien als Additive für laserschweißbare Kunststoffe sehr gut. Sie sind organische Verbindungen und dadurch gekennzeichnet, dass sie keine Absorption im sichtbaren Bereich aufweisen, die mechanischen Eigenschaften des Polymers nicht beeinflussen sowie nicht toxisch sind. Für unterschiedliche Laserwellenlängen stehen entsprechende Produkte zur Verfügung. Ihre Herstellung ist jedoch sehr kostenintensiv.Only with the absorbers Lumogen ® IR 765 and IR 788 by BASF AG, an improved laser welding of colored or transparent plastics has been possible. The absorbers of the Lumogen ® series fulfill the criteria as additives for laser-weldable plastics very well. They are organic compounds and characterized in that they have no absorption in the visible range, do not affect the mechanical properties of the polymer and are not toxic. For different laser wavelengths corresponding products are available. Their production is very costly.
Eine bedeutende Eigenschaft von Absorbern als Additiven, die bei organischen Verbindungen nicht einfach zu realisieren ist, ist eine hohe Temperaturstabilität von idealerweise ≥ 300 °C, da die Absorber bis zum eigentlichen Schweißprozess mehrfach hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Beispielsweise sind dies zum einen die Bedingungen während der Extrusion bei der Herstellung von Masterbatches bzw. der Compoundierung und zum anderen die Temperaturen beim Spritzguss zur Herstellung der eigentlichen Kunststoffformteile. Während dieser Prozesse darf keine Zersetzung der Absorber auftreten, damit sie beim späteren Laserschweißen verfügbar sind.An important property of absorbers as additives, which is not easy to realize in the case of organic compounds, is a high temperature stability of ideally ≥ 300 ° C., since the absorbers are subjected to several times high temperatures up to the actual welding process. For example, these are on the one hand the conditions during extrusion in the production of masterbatches or compounding and on the other hand, the temperatures during injection molding for the production of the actual plastic moldings. During these processes, no decomposition of the absorber may occur, so that they are available during later laser welding.
Das Lumogen® IR 788 hat beispielsweise eine Zersetzungstemperatur von ca. 350 °C und ist chemisch gesehen ein Quaterrylentetracarbonsaurediimid. Lumogen® IR 788 The -Lumogen ® IR has for example 788 a decomposition temperature of about 350 ° C and is chemically seen a Quaterrylentetracarbonsaurediimid. -Lumogen ® IR 788
Die Synthese von Quaterrylentetracarbonsaurediimiden ist beispielsweise in
Bei der Synthese, wie sie von Quante und Müllen aufgeführt ist, geht man von halbseitig funktionalisierten Perylenderivaten aus. Nach deren Monobromierung erfolgt mittels eines Nickel-Katalysators eine Yamamoto-Kupplung zu Biperylenylverbindungen. Die abschließende Cyclisierung zum Quaterrylen wird in einer KOH-Schmelze unter Zusatz eines Oxidationsmittels vorgenommen. Die einzelnen Reaktionsschritte sind bereits sehr gut optimiert, so dass es wohl nicht möglich sein wird, die Synthesekosten weiter zu senken.The synthesis, as reported by Quante and Müllen, is based on half-sidedly functionalized perylene derivatives. After monobrominating, a Yamamoto coupling to biperylenyl compounds takes place by means of a nickel catalyst. The final cyclization to quaterrylene is carried out in a KOH melt with the addition of an oxidizing agent. The individual reaction steps are already very well optimized, so that it will probably not be possible to further reduce the cost of synthesis.
Eine weitere Verbindungsklasse, die im NIR eine intensive Absorption aufweist, sind Kondensationspropdukte der Quadratsäure mit substituierten Anilinen (2) und 2,3-Dihydro-1H-perimidinen (3): Another class of compounds which show intensive absorption in the NIR are condensation products of squaric acid with substituted anilines (2) and 2,3-dihydro-1H-perimidines (3):
Verbindungen dieser Art sind in der Literatur beschrieben, z.B. in
Der hohe Zersetzungspunkt der Quadratsäure von 293 °C legt die Vermutung nahe, dass es sich bei den Kondensationsprodukten der Quadratsäure, den 1,3-Quadrainen, ebenfalls um thermisch stabile Produkte handeln könnte.The high decomposition point of squaric acid at 293 ° C suggests that the condensation products of squaric acid, the 1,3-quadraine, could also be thermally stable products.
Bei einer Literaturrecherche findet man zwei unterschiedliche Verknüpfungsmöglichkeiten des 2,3-Dihydro-1H-perimidins mit dem zentralen Vierring in 1,3-Quadrainen. Einmal kann die Verknüpfung in 6-Position erfolgen (Struktur 3) und zum anderen in 4-Position (Struktur 4): A literature search found two different linking possibilities of 2,3-dihydro-1H-perimidin with the central four-membered ring in 1,3-quadraines. Once the link can be made in 6-position (structure 3) and on the other in the 4-position (structure 4):
Hinzu kommt, dass in der Literatur keine eindeutigen analytischen Beweise angeführt werden, die eine zweifelsfreie Zuordnung erlauben, was auch schwierig ist, da es sich vielfach um nahezu unlösliche Verbindungen handelt. Kürzlich wurde an einem ausreichend löslichen 1,3-Quadrain (Struktur 4, R1 = R2 = CH2O(CO)C5H11) erstmals nachgewiesen, dass eine Verknüpfung des 2,3-Dihydro-1H-perimidins mit der Quadratsäure vorzugsweise in der 4-Position erfolgt (
Es besteht daher ein Bedarf an temperaturstabilen Additiven für Laserstrahlschweißen, welche eine gute Absorption im nahen Infrarotbereich aufweisen. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue organische Absorber herzustellen, die eine Zersetzungstemperatur von ≥ 300 °C und eine für den Einsatz von Diodenlasern ausreichende Absorption um 808 nm aufweisen sowie halogen- und schwermetallfrei sind. Die Absorber sollen bevorzugt gut löslich in einem Polymer sein bei möglichst geringer Tendenz zur Aggregation, und kostengünstiger als die Vertreter der Lumogen®-Reihe.There is therefore a need for temperature-stable additives for laser beam welding, which have a good absorption in the near infrared range. In particular, it is an object of the present invention to produce novel organic absorbers which have a decomposition temperature of ≥ 300 ° C. and an absorption of 808 nm which is sufficient for the use of diode lasers, and are free of halogens and heavy metals. The absorbers shall preferably be readily soluble in a polymer with the lowest possible tendency to aggregate, and less expensive than the representatives of -Lumogen ® series.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Synthese von symmetrischen 1,3-Quadrainen mit 2,3-Dihydro-1H-perimidinyl-Flügelgruppen der allgemeinen Formel (I). This problem is solved by synthesis of symmetrical 1,3-quadraines with 2,3-dihydro-1H-perimidinyl-wing groups of the general formula (I).
Die Erfinder haben herausgefunden, dass bestimmte Derivate der Quadratsäure temperaturstabile Verbindungen darstellen, welche eine Absorption im Bereich um 808 nm aufweisen und leicht und kostengünstig hergestellt werden können. Durch Variation der Substituenten R1 und R2 kann man zu einem geeigneten Absorber für das Laserstrahlschweißen gelangen. Gegenüber Lumogen® IR 788 zeigen die erfindungsgemäßen 1,3-Quadraine zusätzlich den Vorteil, dass die Extinktion pro Gramm Absorber gewöhnlich etwa 2- bis 2,5-fach so hoch ist.The inventors have found that certain squaric acid derivatives are temperature stable compounds which have an absorption in the range of 808 nm and can be prepared easily and inexpensively. By varying the substituents R 1 and R 2 , one can arrive at a suitable absorber for the laser beam welding. Opposite Lumogen ® IR 788 show 1,3-Quad Raine the invention additionally has the advantage that the absorbance per gram of absorber is about 2 to 2.5 fold is usually so high.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung 1,3-Quadraine der allgemeinen Formel (I) wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus einem Wasserstoffrest, einem substituierten oder unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Alkenyl und/oder Alkinylrest mit 2 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen, und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen, wobei mindestens eines von R1 und R2 ausgewählt ist aus einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen;
oder wobei R1 und R2 einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylidenrest mit 3 bis 20 C-Atomen darstellen.In a first aspect, the present invention relates to 1,3-quadraines of the general formula (I) wherein R 1 and R 2 are the same or different and are selected from a hydrogen radical, a substituted or unsubstituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl and / or alkynyl radical having 2 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkylaryl or arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms, wherein at least one of R 1 and R 2 is selected from a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms and a substituted or unsubstituted alkylaryl or arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms;
or wherein R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted cycloalkylidene radical having 3 to 20 C atoms.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung solcher Quadraine als Additiv für das Laserstrahlschweißen von Kunststoffen.In a further aspect, the present invention relates to the use of such quadrains as an additive for the laser beam welding of plastics.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen von Kunststoffen, wobei mindestens ein 1,3-Quadrain der allgemeinen Formel (I) nach dem ersten Aspekt der Erfindung in ein Polymer eingebracht wird, das Polymer zu einem Kunststoff verfestigt wird, und der hergestellte Kunststoff mit mindestens einem weiteren Kunststoffteil durch Laserstrahlschweißen verbunden wird.In addition, the invention relates to a method for laser beam welding of plastics, wherein at least one 1.3-quadrine of the general formula (I) is introduced according to the first aspect of the invention in a polymer, the polymer is solidified into a plastic, and the plastic produced with at least one further plastic part is connected by laser beam welding.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further aspects of the present invention can be found in the dependent claims and the detailed description.
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.The accompanying drawings are intended to illustrate embodiments of the present invention and to provide a further understanding thereof. In the context of the description, they serve to explain concepts and principles of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily to scale. Identical, functionally identical and identically acting elements, features and components are in the figures of the drawings, unless otherwise stated, each provided with the same reference numerals.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Im Rahmen der Erfindung haben technische und wissenschaftliche Begriffe, so nicht anderweitig definiert, dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung verstanden wird.In the context of the invention, technical and scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
Als naher Infrarotbereich wird im Rahmen der Erfindung der Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3 µm verstanden.In the context of the invention, the near infrared range is understood to be the wavelength range from 780 nm to 3 μm.
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt 1,3-Quadraine der allgemeinen Formel (I) wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus einem Wasserstoffrest, einem substituierten oder unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Alkenyl und/oder Alkinylrest mit 2 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen, und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen, wobei mindestens eines von R1 und R2 ausgewählt ist aus einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen;
oder wobei R1 und R2 einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylidenrest mit 3 bis 20 C-Atomen darstellen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist mindestens eines von R1 und R2 ausgewählt aus einem unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen und einem unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen weisen die 1,3-Quadraine mindestens einen aromatischen Rest in jeder Flügelgruppe auf. Durch einen Arylrest kann eine verbesserte Temperaturstabilität erzielt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist R1 und/oder R2 ausgewählt aus C6H5, 4-CH3-(C6H4), 4-CH3O-(C6H4), 4-NC-(C6H4) und C6H5CH2. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist R1 CH3 und R2 ausgewählt aus C6H5, 4-CH3-(C6H4), 4-CH3O-(C6H4), 4-NC-(C6H4) und C6H5CH2, bevorzugt C6H5, 4-CH3-(C6H4), 4-CH3O-(C6H4) und 4-NC-(C6H4). Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind R1 und R2 C6H5CH2.The invention relates in a first aspect to 1,3-quadraines of the general formula (I) wherein R 1 and R 2 are the same or different and are selected from a hydrogen radical, a substituted or unsubstituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl and / or alkynyl radical having 2 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkylaryl radical or arylalkyl radical having 7 to 30 carbon atoms, wherein at least one of R 1 and R 2 is selected from a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms and a substituted or unsubstituted alkylaryl or arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms;
or wherein R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted Cycloalkylidenrest having 3 to 20 carbon atoms. In certain embodiments, at least one of R 1 and R 2 is selected from an unsubstituted aryl group of 6 to 30 carbon atoms and an unsubstituted alkylaryl group or arylalkyl group of 7 to 30 carbon atoms. According to certain embodiments, the 1,3-quadraines have at least one aromatic radical in each wing group. By an aryl radical improved temperature stability can be achieved. In certain embodiments, R 1 and / or R 2 is selected from C 6 H 5 , 4-CH 3 - (C 6 H 4 ), 4-CH 3 O- (C 6 H 4 ), 4-NC- (C 6 H 4 ) and C 6 H 5 CH 2 . In certain embodiments, R 1 is CH 3 and R 2 is selected from C 6 H 5 , 4-CH 3 - (C 6 H 4 ), 4-CH 3 O- (C 6 H 4 ), 4 -NC- (C 6 H 4 ) and C 6 H 5 CH 2 , preferably C 6 H 5 , 4-CH 3 - (C 6 H 4 ), 4-CH 3 O- (C 6 H 4 ) and 4-NC- (C 6 H 4 ). In certain embodiments, R 1 and R 2 are C 6 H 5 CH 2 .
Die Substituenten sind in den jeweiligen Resten nicht besonders beschränkt und können beispielsweise Halogen-(insbesondere F, Cl, Br und/oder I), CN-, CHO-, COOH-, Nitro-, Nitroso-, Amino-, Hydroxy- und/oder Alkoxy-Gruppen mit 1 bis 20 C-Atomen, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen aufweisen.The substituents are not particularly limited in the respective radicals and may be, for example, halogen (especially F, Cl, Br and / or I), CN, CHO, COOH, nitro, nitroso, amino, hydroxy and / or or alkoxy groups having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die Substituenten in den jeweiligen substituierten Resten elektronenschiebende Gruppen, also solche, welche einen +I-Effekt, einen positiven induktiven Effekt, hervorrufen, insbesondere Alkylgruppen.According to certain embodiments, the substituents in the respective substituted radicals are electron-donating groups, ie those which cause a + I effect, a positive inductive effect, in particular alkyl groups.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen stellen R1 und R2 einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylidenrest mit 3 bis 20 C-Atomen dar, z.B. einen substituierten oder unsubstituierten Adamantanylidenrest, weiter bevorzugt einen unsubstituierten Cycloalkylidenrest mit 3 bis 20 C-Atomen, insbesondere einen unsubstituierten Adamantanylidenrest. Eine bevorzugte Verbindung ist 4-(2-Adamantanyliden-1H-perimidin-3-ium-4(2H)-yliden)-2-(2-adamantanyliden-2,3-dihydro-1H-perimidin-4-yl)-3-oxocyclobut-1-enolat.According to certain embodiments, R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted cycloalkylidene radical having from 3 to 20 carbon atoms, eg a substituted or unsubstituted adamantanylidene radical, more preferably an unsubstituted cycloalkylidene radical having from 3 to 20 carbon atoms, especially an unsubstituted adamantanylidene radical. A preferred compound is 4- (2-adamantanylidene-1H-perimidin-3-ium-4 (2H) -ylidene) -2- (2-adamantanylidene-2,3-dihydro-1H-perimidin-4-yl) -3 -oxocyclobut-1-enolate.
Die erfindungsgemäßen 1,3-Quadraine zeichnen sich gemäß bestimmten Ausführungsformen insbesondere durch ein Absorptionsmaximum um 808 nm ± 20 nm und thermische Stabilität bis mindestens 300 °C aus.The 1,3-quadrains according to the invention are characterized in particular embodiments by an absorption maximum of 808 nm ± 20 nm and thermal stability to at least 300 ° C.
Die Synthese der erfindungsgemäßen 1,3-Quadraine ist nicht besonders beschränkt und kann geeignet anhand üblicher Methoden erfolgen, beispielsweise über die Zwischenstufe von substituierten 2,3-Dihydro-1H-perimidinen.The synthesis of the 1,3-quadrains according to the invention is not particularly limited and can be suitably carried out by conventional methods, for example via the intermediate of substituted 2,3-dihydro-1H-perimidimidines.
Die Synthese der 2,3-Dihydro-1H-perimidine kann beispielsweise hierbei nach an sich bekannten Methoden verlaufen. Man kondensiert beispielsweise 1,8-Diamino-naphthalin in Alkoholen wie Ethanol oder n-Propanol mit aliphatischen offenkettigen bzw. cyclischen Ketonen oder gemischt aliphatischen, aromatischen Ketonen in Gegenwart eines sauren Katalysators wie 4-Toluolsulfonsäure oder Bismut-III-chlorid. Der Reaktionsansatz kann dann, beispielsweise für ca. 2 h, am Rückfluss gehalten und anschließend abgekühlt werden, worauf das entsprechend gebildete substituierte 2,3-Dihydro-1H-perimidin auskristallisiert. Das jeweilige Produkt kann dann z.B. durch Filtration abgetrennt werden.The synthesis of 2,3-dihydro-1H-perimidines, for example, in this case proceed according to known methods. For example, 1,8-diamino-naphthalene is condensed in alcohols such as ethanol or n-propanol with aliphatic open-chain or cyclic ketones or mixed aliphatic aromatic ketones in the presence of an acidic catalyst such as 4-toluenesulfonic acid or bismuth III chloride. The reaction mixture can then, for example, for about 2 h, held at reflux and then cooled, whereupon the corresponding formed substituted 2,3-dihydro-1H-perimidine crystallized. The particular product can then be e.g. be separated by filtration.
Auch die Synthese der 1,3-Quadraine verläuft nach literaturbekannten Methoden. Die isolierten substituierten 2,3-Dihydro-1H-perimidine können mit Quadratsäure, beispielsweise im Molverhältnis 2:1, kondensiert werden. Als Lösungsmittel sind beispielsweise Mischungen aus n-Propanol und Toluol oder n-Butanol und Toluol geeignet, wobei auch andere Lösungsmittel denkbar sind. Bei größeren Ansätzen empfiehlt sich das Auskreisen von Wasser mittels eines Wasserabscheiders. Das 1,3-Quadrain fällt beispielsweise nach einer Reaktionszeit von 2–7 Stunden aus dem Reaktionsgemisch beim Abkühlen aus, und/oder kann nach Abdestillieren des Lösungsmittels erhalten werden.The synthesis of the 1,3-quadraine proceeds according to methods known from the literature. The isolated substituted 2,3-dihydro-1H-perimidines can be condensed with squaric acid, for example in a molar ratio of 2: 1. Examples of suitable solvents are mixtures of n-propanol and toluene or n-butanol and Toluene suitable, although other solvents are conceivable. For larger approaches, it is recommended to recirculate water by means of a water separator. For example, after a reaction time of 2-7 hours, the 1,3-quadrene precipitates out of the reaction mixture upon cooling, and / or can be obtained after distilling off the solvent.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines 1,3-Quadrains der allgemeinen Formel (I) wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus einem Wasserstoffrest, einem substituierten oder unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Alkenyl und/oder Alkinylrest mit 2 bis 20 C-Atomen, einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen, und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen, wobei mindestens eines von R1 und R2 ausgewählt ist aus einem substituierten oder unsubstituierten Arylrest mit 6 bis 30 C-Atomen und einem substituierten oder unsubstituierten Alkylarylrest oder Arylalkylrest mit 7 bis 30 C-Atomen;
oder wobei R1 und R2 einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylidenrest mit 3 bis 20 C-Atomen darstellen,
als Additiv für das Laserstrahlschweißen von Kunststoffen.In a second aspect, the present invention relates to the use of a 1,3-quadramine of the general formula (I) wherein R 1 and R 2 are the same or different and are selected from a hydrogen radical, a substituted or unsubstituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl and / or alkynyl radical having 2 to 20 C atoms, a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkylaryl radical or arylalkyl radical having 7 to 30 carbon atoms, wherein at least one of R 1 and R 2 is selected from a substituted or unsubstituted aryl radical having 6 to 30 carbon atoms and a substituted or unsubstituted alkylaryl or arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms;
or where R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted cycloalkylidene radical having 3 to 20 C atoms,
as an additive for the laser beam welding of plastics.
Der Kunststoff ist hierbei nicht besonders beschränkt, insofern er schweißbar ist, also insbesondere ein Thermoplast.The plastic is not particularly limited, insofar as it is weldable, so in particular a thermoplastic.
Das Laserstrahlschweißen ist hierbei nicht besonders beschränkt und umfasst beispielsweise Laserstrahlstumpfschweißen und/oder Laserstrahldurchschweißen. Die entsprechenden Schweißparameter wie Energie des Laserstrahls, Schweißzeit, etc. können geeignet, beispielsweise abhängig von der zu schweißenden Fläche, dem zu schweißenden Kunststoff, etc., geeignet eingestellt werden.The laser beam welding is not particularly limited and includes, for example, laser butt welding and / or laser beam welding. The corresponding welding parameters such as energy of the laser beam, welding time, etc. can be suitably adjusted, for example, depending on the area to be welded, the plastic to be welded, etc., suitably.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen von Kunststoffen, wobei mindestens ein 1,3-Quadrain der allgemeinen Formel (I) nach dem ersten Aspekt der Erfindung in ein Polymer eingebracht wird, das Polymer zu einem Kunststoff verfestigt wird, und der hergestellte Kunststoff mit mindestens einem weiteren Kunststoffteil durch Laserstrahlschweißen verbunden wird.Moreover, the present invention relates to a method for laser beam welding of plastics, wherein at least one 1,3-quadrine of the general formula (I) according to the first aspect of the invention is introduced into a polymer, the polymer is solidified into a plastic, and the plastic produced is connected to at least one further plastic part by laser beam welding.
Der Kunststoff wie auch das weitere Kunststoffteil sind nicht besonders beschränkt und können gleich oder verschieden sein, sofern die Materialien der beiden Teile chemisch und physikalisch kompatibel sind und sich die Schmelztemperaturen hinreichend überlappen, wie dies z.B. bei den gleichen Kunststoffen der Fall ist, wie auch bei verschiedenen möglich ist, z.B. Polycarbonat (PC) und Polybutylenterephthalat (PBT). Ebenfalls ist der Laser hierbei nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das Laserstrahlschweißen bei einer Wellenlänge zwischen 780 und 850 nm durchgeführt, gemäß bestimmten Ausführungsformen mit einem Laser, der eine Emissionswellenlänge im Bereich von 808 nm ± 20 nm, z.B. ca. 808 nm, aufweist. Hierbei kann die Emissionswellenlänge des Lasers ggf. auch weiter angepasst werden.The plastic as well as the other plastic part are not particularly limited and may be the same or different, as long as the materials of the two parts are chemically and physically compatible and the melting temperatures sufficiently overlap, e.g. with the same plastics, as is possible with different ones, e.g. Polycarbonate (PC) and polybutylene terephthalate (PBT). Also, the laser is not particularly limited here. According to certain embodiments, the laser beam welding is performed at a wavelength between 780 and 850 nm, according to certain embodiments with a laser having an emission wavelength in the range of 808 nm ± 20 nm, e.g. about 808 nm. If necessary, the emission wavelength of the laser can also be further adjusted.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die Verfestigung des Polymers bei einer Temperatur von mindestens 280°C, bevorzugt mindestens 300°C durchgeführt.According to certain embodiments, the solidification of the polymer is carried out at a temperature of at least 280 ° C, preferably at least 300 ° C.
Das Einbringen des mindestens einen 1,3-Quadrains der allgemeinen Formel (I) gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in ein Polymer ist ebenfalls nicht beschränkt und kann beispielsweise durch Einmischen, Auftragen, Extrusion, etc. erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt es durch Extrusion, insbesondere durch parallelen Eintrag. Eine Extrusion nach Vermischen ist aber erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen.The incorporation of the at least one 1,3-quadriene of the general formula (I) according to the first aspect of the invention into a polymer is likewise not restricted and can be effected, for example, by mixing, application, extrusion, etc. According to certain embodiments, it is carried out by extrusion, in particular by parallel entry. However, extrusion after mixing is not excluded according to the invention.
Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. The above embodiments, refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben, auf die der Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.In the following, the invention will be described with reference to some embodiments, to which the invention is not limited.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Herstellung von 4-(2-Adamantanyliden-1H-perimidin-3-ium-4(2H)-yliden)-2-(2-adamantanyliden-2,3-dihydro-1H-perimidin-4-yl)-3-oxocyclobut-1-enolat (Beispiel 11 in Tabelle 1)Preparation of 4- (2-adamantanylidene-1H-perimidin-3-ium-4 (2H) -ylidene) -2- (2-adamantanylidene-2,3-dihydro-1H-perimidin-4-yl) -3-oxocyclobut -1-enolate (Example 11 in Table 1)
2-Adamantan-2-yliden-2,3-dihydro-1H-perimidin2-adamantan-2-ylidene-2,3-dihydro-1H-perimidine
39,55 g (0,25 mol) 1,8-Diamino-naphthalin, 37,56 g (0,25 mol) 2-Adamantanon und 4,76 g (10 mol-%) 4-Toluolsulfonsäure-monohydrat werden in 500 ml 99 %igen Ethanol 1 - 2 Stunden unter Rühren am Rückfluss erhitzt. Anschließend wird der Ansatz auf Raumtemperatur gekühlt und das auskristallisierte Produkt abfiltriert. Ausbeute: 53,2 g (73 % der Theorie), Fp. (Festpunkt) = 215–218 °C.39.55 g (0.25 mol) of 1,8-diamino-naphthalene, 37.56 g (0.25 mol) of 2-adamantanone and 4.76 g (10 mol%) of 4-toluenesulfonic acid monohydrate are in 500 ml of 99% ethanol for 1 - 2 hours with stirring at reflux. The mixture is then cooled to room temperature and the crystallized product is filtered off. Yield: 53.2 g (73% of theory), mp (fixed point) = 215-218 ° C.
4-(2-Adamantanyliden-1H-perimidin-3-ium-4(2H)-yliden)-2-(2-adamantanyliden-2,3-dihydro-1H-perimidin-4-yl)-3-oxocyclobut-1-enolat4- (2-Adamantanyliden-1H-perimidine-3-ium-4 (2H) -ylidene) -2- (2-adamantanyliden-2,3-dihydro-1H-perimidine-4-yl) -3-oxocyclobut-1 enolate
43,56 g (0,15 mol) 2-Adamantan-2-yliden-2,3-dihydro-1H-perimidin werden mit 8,55 g (0, 075 mol) Quadratsäure in einer Mischung aus 150 ml n-Propanol und 75 ml Toluol 5–7 Stunden am Rückfluss erhitzt. Bei der Reaktion entstehendes Wasser wird mittels eines Wasserabscheiders abgetrennt. Das Reaktionsprodukt wird nach dem Abkühlen des Ansatzes auf Raumtemperatur abfiltriert. Ausbeute: 39,4 g (77 % der Theorie).43.56 g (0.15 mol) of 2-adamantan-2-ylidene-2,3-dihydro-1H-perimidine are mixed with 8.55 g (0, 075 mol) of squaric acid in a mixture of 150 ml of n-propanol and 75 ml of toluene heated to reflux for 5-7 hours. Resulting in the reaction of water is separated by means of a water separator. The reaction product is filtered off after cooling the batch to room temperature. Yield: 39.4 g (77% of theory).
Referenzbeispiel: Synthese von 1,3-QuadrainenReference Example: Synthesis of 1,3-quadraines
Die Synthese der in Tabelle 1 angegebenen 1,3-Quadraine erfolgte analog zu Beispiel 1 über die Zwischenstufe der Herstellung von substituierten 2,3-Dihydro-1H-perimidinen, wobei die Substituenten der hergestellten substituierten 2,3-Dihydro-1H-perimidine den in Tabelle 1 angegebenen Resten R1 und R2 entsprechen, welche durch Reaktion mit entsprechenden Ketonen hergestellt werden.The synthesis of the 1,3-quadraines given in Table 1 was carried out analogously to Example 1 via the intermediate stage of the preparation of substituted 2,3-dihydro-1H-perimidines, wherein the substituents of the substituted 2,3-dihydro-1H-perimidines produced the in Table 1 radicals R 1 and R 2 , which are prepared by reaction with corresponding ketones.
Zur Herstellung der substituierten 2,3-Dihydro-1H-perimidine wird 1,8-Diamino-naphthalin in Alkoholen wie Ethanol oder n-Propanol mit aliphatischen offenkettigen bzw. cyclischen Ketonen oder gemischt aliphatischen, aromatischen Ketonen in Gegenwart eines sauren Katalysators wie 4-Toluolsulfonsäure oder Bismut-III-chlorid kondensiert. Der Reaktionsansatz wird dann für ca. 2 h, am Rückfluss gehalten und anschließend abgekühlt, worauf das gebildete 2,3-Dihydro-1H-perimidin auskristallisiert. Das jeweilige Produkt wird durch Filtration abgetrennt.For the preparation of the substituted 2,3-dihydro-1H-perimidines, 1,8-diamino-naphthalene in alcohols such as ethanol or n-propanol with aliphatic open-chain or cyclic ketones or mixed aliphatic, aromatic ketones in the presence of an acid catalyst such as 4- Toluene sulfonic acid or bismuth III chloride condenses. The reaction mixture is then held for about 2 h, at reflux and then cooled, whereupon the formed 2,3-dihydro-1H-perimidine crystallized out. The respective product is separated by filtration.
Die isolierten 2,3-Dihydro-1H-perimidine werden anschließend mit Quadratsäure im Molverhältnis 2:1 kondensiert. Als Lösungsmittel werden Mischungen aus n-Propanol und Toluol oder n-Butanol und Toluol verwendet. Bei größeren Ansätzen empfiehlt sich das Auskreisen von Wasser mittels eines Wasserabscheiders. Das 1,3-Quadrain fällt nach einer Reaktionszeit von 2–7 Stunden aus dem Reaktionsgemisch beim Abkühlen aus, oder wird nach Abdestillieren des Lösungsmittels erhalten.The isolated 2,3-dihydro-1H-perimidines are then condensed with squaric acid in a molar ratio of 2: 1. The solvents used are mixtures of n-propanol and toluene or n-butanol and toluene. For larger approaches, it is recommended to recirculate water by means of a water separator. The 1,3-quadrene precipitates after a reaction time of 2-7 hours from the reaction mixture on cooling, or is obtained after distilling off the solvent.
Die erhaltenen 1,3-Quadraine werden gereinigt und danach ihre Absorptionsspektren und ihre thermischen Eigenschaften durch Absorptionsspektrometrie nach Lösen in Dimethylformamid (DMF) bzw. dynamische Differenzkalorimetrie (differential scanning calorimetry, DSC) bestimmt. The obtained 1,3-quadraines are purified and then their absorption spectra and their thermal properties are determined by absorption spectrometry after dissolution in dimethylformamide (DMF) or differential scanning calorimetry (DSC).
Absorptionsmessungen wurden mit einem UV-VIS-Spektrometer Specord 250 der Firma Analytik Jena ausgeführt. Zur Herstellung der Messlösungen wurden ca. 0,2 mg des jeweiligen 1,3-Quadrains in 50 ml DMF gelöst und kurz im Ultraschallbad behandelt. Die Messlösungen hatten eine Konzentration von ca. 5·10–6 mol/l. Die Messung erfolgte jeweils in einer 10 mm-Küvette gegen reines DMF als Referenz im Bereich von 400 bis 1100 nm bei einer Schrittweite von 1,0 nm. Das Absorptionsmaximum ist der längstwellige Wert in nm, bei dem die Kurve ein Maximum aufweist.Absorption measurements were carried out with a Specord 250 UV-VIS spectrometer from Analytik Jena. To prepare the measurement solutions, about 0.2 mg of the respective 1,3-quadramine was dissolved in 50 ml of DMF and briefly treated in an ultrasound bath. The measurement solutions had a concentration of about 5 × 10 -6 mol / l. The measurement was carried out in each case in a 10 mm cuvette against pure DMF as reference in the range of 400 up to 1100 nm with a step size of 1.0 nm. The absorption maximum is the longest wavelength value in nm at which the curve has a maximum.
Zudem wurden die Verbindungen kalorimetrisch vermessen und der Zersetzungspunkt Zp hinsichtlich des Onsets und des Peaks vermessen. Dazu wurde eine Probemenge von 2–4 mg mit dem Gerät DSC 822 der Firma Mettler untersucht.In addition, the compounds were calorimetrically measured and measured the decomposition point Zp with respect to the onsets and the peak. For this purpose, a sample amount of 2-4 mg was tested with the device DSC 822 from Mettler.
Die erhaltenen Ergebnisse für die maximale Absorbtionswellenlänge λmax sowie die Onsettemperatur Te und Peaktemperatur Tp bei der DSC sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Beispielhaft synthetisierte 1,3-Quadraine der allgemeinen Strukturformel (I) Te = Onsettemperatur; Tp = PeaktemperaturThe results obtained for the maximum absorption wavelength λ max and the onset temperature T e and peak temperature T p in the DSC are shown in Table 1. Table 1 Exemplified 1,3-quadrains of the general structural formula (I) T e = onset temperature; T p = peak temperature
Aus der Tabelle 1 geht hervor, dass der erwünschte Zielbereich der Absorption von 808 nm ± 20 nm auf jeden Fall durch die vorliegenden Verbindungen getroffen wird. Die Temperaturstabilität wird durch die Substituenten R1 und R2 beeinflusst. Reine Alkylsubstitution führt zu einer Zersetzungstemperatur deutlich unter 300 °C. Alkylarylsubstitution bzw. Arylsubstitution wirkt sich bereits günstig auf die Zersetzungstemperatur aus, auch wenn die Vorgabe von ≥ 300 °C nur knapp erreicht wird.It is apparent from Table 1 that the desired target absorption range of 808 nm ± 20 nm is definitely met by the present compounds. The temperature stability is influenced by the substituents R 1 and R 2 . Pure alkyl substitution leads to a decomposition temperature well below 300 ° C. Alkylaryl substitution or aryl substitution already has a favorable effect on the decomposition temperature, even if the specification of ≥300 ° C. is barely reached.
Die Verbindungen 9 und 10 aus den cyclischen Ketonen Cyclopentanon und Cyclohexanon weisen eine Temperaturstabilität auf, die nicht bis 300°C reicht. Dagegen erhält man aus dem tricyclischen Keton 2-Adamantanon ein 1,3-Quadrain, das mit einer Zersetzungstemperatur von 344 °C die höchste Temperaturstabilität unter den hergestellten Verbindungen besitzt. Ursache dafür ist wohl die äußerst stabile, diamantartige Struktur des formal aus vier Cyclohexanringen aufgebauten Tricyclus. Das drückt sich auch darin aus, dass Adamantan selbst ungewöhnlich hoch schmilzt (Fp = 270 °C) verglichen mit seinen konstitutionsisomeren Verbindungen.The compounds 9 and 10 from the cyclic ketones cyclopentanone and cyclohexanone have a temperature stability which does not reach 300 ° C. In contrast, the tricyclic ketone 2-adamantanone gives a 1,3-quadrine which, with a decomposition temperature of 344 ° C., has the highest temperature stability among the compounds prepared. The reason for this is probably the extremely stable, diamond-like structure of the formally composed of four cyclohexane rings tricycle. This is also reflected in the fact that adamantane itself melts unusually high (mp = 270 ° C) compared to its constitutive isomeric compounds.
Die Löslichkeit des Produktes 11 (Q11) in einem Polymer wurde weiterhin untersucht. Hierzu wurde zum einen die Verbindung in DMF gelöst, zum anderen mit Polyethylenterephthalat (PET; 0,01 %iger Zusatz) zu einer Folie koextrudiert. The solubility of product 11 (Q11) in a polymer was further investigated. For this purpose, on the one hand, the compound was dissolved in DMF and, on the other hand, co-extruded with polyethylene terephthalate (PET, 0.01% addition) to give a film.
Die Ergebnisse einer Absorptionsmessung von beiden Proben – analog dem oben beschriebenen Verfahren – sind in
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Auch mit Cyaninfarbstoffen kann man einen Zielbereich der Absorption um 808 nm sehr gut erreichen. Über die einzelnen Strukturelemente des Cyaninfarbstoffs (Flügelgruppen, Methinkette und Gegenion) können hierbei das Absorptionsmaximum, die Extinktion, Stabilität und Löslichkeit beeinflusst werden. Es wurden einige Cyaninfarbstoffe hinsichtlich ihrer Eignung als Additive für das Laserstrahlschweißen getestet. Beispielhaft seien die nachfolgenden Verbindungen S 0094 und S 0985, die ursprünglich für andere Anwendungen konzipiert wurden, genannt. Even with cyanine dyes, one can reach a target range of absorption around 808 nm very well. By means of the individual structural elements of the cyanine dye (wing groups, methine chain and counterion), the absorption maximum, extinction, stability and solubility can be influenced. Some cyanine dyes were tested for their suitability as additives for laser beam welding. By way of example, the following compounds, S 0094 and S 0985, which were originally designed for other applications, may be mentioned.
Die Zersetzungstemperaturen liegen bei diesen Verbindungen bei 235 °C bzw. 289 C. In beiden Fällen ist bei Laserstrahlschweißversuchen mit Polypropylenfolien keine Verschweißung möglich gewesen. Selbst die thermisch stabilere Verbindung S 0985 veränderte sich bereits während der Extrusion, erkennbar an einer Verfärbung bei Temperaturen um 240 °C. The decomposition temperatures for these compounds are 235 ° C. and 289 ° C. In both cases, no welding was possible in laser beam welding tests with polypropylene films. Even the thermally more stable compound S 0985 already changed during the extrusion, recognizable by discoloration at temperatures around 240 ° C.
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