DE1055814B - Process for the photopolymerization of one or more polymerizable unsaturated organic compounds - Google Patents
Process for the photopolymerization of one or more polymerizable unsaturated organic compoundsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fotopolymerisation ungesättigter organischer Verbindungen.The invention relates to a method for the photopolymerization of unsaturated organic compounds.
Es wurde gefunden, daß bei der Polymerisation in einem wäßrigen System, die durch Belichtung ausgelöst wurde, die Lichtausbeute beträchtlich erhöht werden kann, wenn die Belichtung intermittierend geschieht.It has been found that the polymerization in an aqueous system triggered by exposure the light output can be increased considerably if the exposure is intermittent happens.
Das Verfahren zur Polymerisation einer oder mehrerer polymerisierbarer ungesättigter organischer Verbindungen besteht darin, daß eine wäßrige Emulsion dieser Verbindung bzw. Verbindungen einer intermittierenden Belichtung ausgesetzt wird.The process for polymerizing one or more polymerizable unsaturated organic Compounds is that an aqueous emulsion of this compound or compounds of an intermittent Exposure.
Die Belichtung geschieht vorzugsweise bei niederer Temperatur und/oder in Gegenwart eines Fotosensibilisators. The exposure is preferably carried out at a low temperature and / or in the presence of a photosensitizer.
Das zu polymerisierende Monomere bzw. die zu kopolymeri'sierenden Monomeren werden in einem wäßrigen Medium mit Hilfe eines Emulgators, wie beispielsweise Seife, emulgiert, und die Emulsion wird dann in einem beliebigen Apparat, der für eine intermittierende Belichtung eingerichtet ist, belichtet. Zum Beispiel kann die Emulsion im Kreislauf derart durch eine belichtete Kammer gepumpt werden, daß sie l>ei Durchlauf durch die Kammer eine gewünschte Zeitlang der Belichtung ausgesetzt ist. Oder aber die Emulsion wird in mehrere transparente Behälter, die vorzugsweise im Kreis angeordnet sind, eingefüllt und wird von einer im Kreismittelpunkt angeordneten Lampe mit einem rotierenden Reflektor intermittierend belichtet.The monomer to be polymerized or the monomers to be copolymerized are in one aqueous medium with the aid of an emulsifier, such as soap, emulsified, and the emulsion is then exposed in any apparatus set up for intermittent exposure. For example, the emulsion can be circulated through an exposed chamber such that it is exposed to exposure for a desired time as it passes through the chamber. Or but the emulsion is poured into several transparent containers, which are preferably arranged in a circle and is intermittent by a lamp arranged in the center of the circle with a rotating reflector exposed.
In einer weiteren Ausführungsform des Belichtungsgerätes geschieht die Belichtung durch einen wandernden Lichtstrahl, der die Oberfläche der Emulsion mit der gewünschten Geschwindigkeit bestreicht.In a further embodiment of the exposure device the exposure is done by a wandering beam of light that touches the surface of the emulsion brushed at the desired speed.
Wie auch immer die Belichtungseinrichtung geartet sein mag, so> ist es doch zweckmäßig, die Emulsion zu rühren, um so die bestrahlte Menge der Emulsion mit der Hauptmenge zu durchmischen, da die Emulsion im allgemeinen wenig lichtdurchlässig sind und die Lichtstrahlen daher nur eine geringe Eindringtiefe besitzen.Whatever the type of exposure device, so> it is advisable to stir the emulsion so as to reduce the amount of emulsion irradiated to mix the main amount, since the emulsion are generally not very translucent and the Light rays therefore only have a low penetration depth.
Die Belichtung kann mittels Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 2000 bis 7000 Ä, vorzugsweise jedoch mit einer Wellenlänge von 2537 bis 5500 Ä geschehen. Das Licht kann durch jede geeignete Lichtquelle erzeugt werden, beispielsweise durch eine Wolframdrahtlampe oder eine Niederdruckquecksilberbogenlampe, jedoch ist eine Hochdruckquecksilberbogenlampe mit einem Ouarzmantel vorzuziehen.The exposure can be by means of rays having a wavelength of about 2000 to 7000 Å, preferably but done with a wavelength of 2537 to 5500 Å. The light can come through any suitable Light source can be generated, for example by a tungsten wire lamp or a low-pressure mercury arc lamp, however, a high pressure mercury arc lamp with a quartz jacket is preferable.
Da die durch Belichtung gestartete Polymerisation viel temperaturunabhängiger als eine übliche Polymerisation ist, kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bei tiefer Temperatur durchgeführt und trotzdem ein Polymeres rasch produziert werden.Since the polymerization started by exposure is much more temperature-independent than a conventional polymerization the process of the present invention can be carried out at low temperature and nevertheless a polymer can be produced quickly.
Verfahren zur FotopolymerisationMethod of photopolymerization
einer oder mehrerer polymerisierbarerone or more polymerizable
ungesättigter organischer Verbindungenunsaturated organic compounds
Anmelder:
Dunlop Rubber Company Limited, LondonApplicant:
Dunlop Rubber Company Limited, London
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Rathmann, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42Representative: Dipl.-Ing. E. Rathmann, patent attorney,
Frankfurt / M., Neue Mainzer Str. 40-42
1S Beanspruchte Priorität: 1 S Claimed priority:
Großbritannien vom 5. Juni 1956Great Britain June 5, 1956
Wilfrid Cooper,Wilfrid Cooper,
Erdington, Birmingham, Warwickshire,
und Margaret Fielden, Sutton Coldfield, Warwickshire (Großbritannien),Erdington, Birmingham, Warwickshire,
and Margaret Fielden, Sutton Coldfield, Warwickshire (UK),
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
Die Belichtung kann in Gegenwart eines Fotosensibilisators durchgeführt werden. Fotosensibilisatoren lassen sich in zwei Klassen einteilen:The exposure can be carried out in the presence of a photosensitizer. Photosensitizers can be divided into two classes:
a) solche, die fotolytisch in freie Radikale zerfallen, unda) those that break down photolytically into free radicals, and
b) solche, die freie Radikale durch eine Elektronenübertragungsreaktion produzieren. Beispiele für den ersten Typ sind 1-Chloranthrachinon, Azobis-isobutyronitril, Diacetyl, Benzil und Benzoin, während Beispiele für den zweiten Typ Urandioxyd und Uranylnitrat sind.b) those that generate free radicals through an electron transfer reaction to produce. Examples of the first type are 1-chloroanthraquinone, azobis-isobutyronitrile, Diacetyl, benzil and benzoin, while examples of the second type are uranium dioxide and uranyl nitrate.
Im ersten Fall wirkt der Fotosensibilisator wie ein üblicher Initiator, der sich während der Polymerisation aufbraucht. Im zweiten Fall ist es jedoch gegebenenfalls möglich, das reduzierte Metall wieder in eine sensibilisierende Form zurückzuoxydieren. Zusätzlich zu den bekannten Typen von Fotosensibilisatoren wurden weitere gefunden, die zur Verwendung bei intermittierender Belichtung, insbesondere bei der Polymerisation von Acrylaten mittels einer Wolframfadenlampe wirksam sind. Diese sind Anthrachinone N-Bromsuccinimid, N-Dichlorbenzolsulfonamid (Dichloramin B) und Diazoniumsalze mitIn the first case, the photosensitizer acts like a conventional initiator that is active during the polymerization used up. In the second case, however, it may be possible to recycle the reduced metal re-oxidize into a sensitizing form. In addition to the known types of photosensitizers others have been found suitable for use in intermittent exposure, in particular are effective in the polymerization of acrylates using a tungsten filament lamp. These are Anthraquinones N-bromosuccinimide, N-dichlorobenzenesulfonamide (Dichloramine B) and diazonium salts with
909 507/591909 507/591
der Struktur Ar N2+ · X-. Dabei bedeutet Ar eine Aryigruppe. Als Beispiel für ein Diazoniumsalz sei diazotierte Sulfanilsäure genannt. Bei Verwendung von kurzwelligem Licht, z. B. von Quecksilberbogenlampen, können Eisensalze als Fotosensibilisatoren verwendet werden.of the structure Ar N 2 + · X-. Here, Ar means an aryi group. Diazotized sulfanilic acid may be mentioned as an example of a diazonium salt. When using short-wave light, e.g. B. from mercury arc lamps, iron salts can be used as photosensitizers.
Im allgemeinen sind wasserlösliche Fotosensibilisatoren dann vorzuziehen, wenn wasserlösliche Monomere oder mizellbildende Seifen verwendet werden, jedoch sind im Falle einer Suspensionspolymerisation öllösliche Sensibilisatoren geeigneter. Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mehrere Fotosensibilisatoren verwendet, von denen jeder innerhalb eines gewissen Teils des verwendeten Lichtspektrums absorbiert und so eine *5 völlige Ausbeute der Lichtenergie ermöglicht wird. Zum Beispiel kann eine Mischung von Benzoin und Uranylnitrat verwendet werden, da Benzoin im Bereich zwischen 2450 und 3700 Ä und Uranylnitrat im Bereich zwischen 3800 und 4800 Ä absorbiert.In general, water-soluble photosensitizers are preferred when water-soluble monomers are used or micelle-forming soaps can be used, but are in the case of suspension polymerization Oil-soluble sensitizers more suitable. In another embodiment of the present invention Several photosensitizers are used, each of which is used within a certain portion of the time Light spectrum is absorbed and so a * 5 full recovery of the light energy is made possible. For example, a mixture of benzoin and uranyl nitrate can be used since benzoin is im Absorbed in the range between 2450 and 3700 Å and uranyl nitrate in the range between 3800 and 4800 Å.
Als geeignete Belichtungsperiode wurde eine Zeit von 0,005 bis 0,5 Sekunden gefunden, während die Dunkelperiode nicht kurzer als 0,2 Sekunden sein soll. Im allgemeinen soll das Verhältnis von Belichtungszu Dunkelperiode kleiner als 0,5 sein.A time of 0.005 to 0.5 seconds was found to be a suitable exposure period, while the Dark period should not be shorter than 0.2 seconds. In general, the ratio of exposure to Dark period must be less than 0.5.
Im allgemeinen kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bei jeder organischen Verbindung mit der Gruppe CH, = C=C angewandt werden. Solche Verbindungen sind beispielsweise Vinylester, wie Vinylchlorid und Vinylacetat, Vinylketone, wie Methylvinylketon; Ester der Acrylsäure und der substituierten Acrylsäure, wie Methyl acryl at, Äthylacrylat und Methylmethacrylat; Styrol, Vinylidenhalogenide, wie Vinylidenchlorid; ungesättigte Kohlenwasserstoffe, insbesondere konjugierte Diolefine, wie Butadien. Mischpolymerisate können nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls hergestellt werden, wenn beispielsweise Butadien-Styrol- oder Methylacrylat-, Äthylacrylat-Mischungen verwendet werden.In general, the process of the present invention can be applied to any organic compound with the group CH, = C = C applied will. Such compounds are, for example, vinyl esters, such as vinyl chloride and vinyl acetate, vinyl ketones, such as methyl vinyl ketone; Esters of acrylic acid and substituted acrylic acid, such as methyl acrylate, Ethyl acrylate and methyl methacrylate; Styrene, vinylidene halides such as vinylidene chloride; unsaturated Hydrocarbons, especially conjugated diolefins such as butadiene. Copolymers can according to of the present invention can also be produced if, for example, butadiene-styrene or Methyl acrylate, ethyl acrylate mixtures can be used.
Das Verfahren nach vorliegender Erfindung zeichnet sich gegenüber den anderen üblichen Verfahren dadurch aus, daß innerhalb kurzer Zeit hohe Ausbeuten an Polymeren mit hohem Molekulargewicht erzielt werden. Darüber hinaus sind die Kosten für die Belichtung als Initiator sehr viel geringer als für die üblichen Katalysatoren, und das Produkt ist relativ frei von Zersetzungsprodukten des Katalysatorsystems, verglichen mit den üblichen Polymerisationsverfahren. The method according to the present invention is distinguished from the other conventional methods characterized in that high yields of polymers with high molecular weight within a short time be achieved. In addition, the cost of exposure as an initiator is much lower than for exposure the usual catalysts, and the product is relatively free from decomposition products of the catalyst system, compared to the usual polymerization processes.
Vinylacetat wurde in einer wäßrigen Emulsion, die 30 Gewichtsprozent Monomeres und 4 Gewichtsprozent sulfoniertes Methyloleat, bezogen auf Vinylacetat, enthält, polymerisiert. Als Fotosensibilisator wurde Uranylnitrat in einer Menge von 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf Vinylacetat, verwendet.Vinyl acetate was in an aqueous emulsion containing 30 weight percent monomer and 4 weight percent sulfonated methyl oleate, based on vinyl acetate, contains polymerized. As a photosensitizer was Uranyl nitrate is used in an amount of 0.5 percent by weight based on vinyl acetate.
Die Emulsion wurde mittels einer Hochdruckquecksilberbogenlampe in verschiedenen Zeitintervallen, auf die jeweils eine Dunkelperiode folgte, derart belichtet, daß die eingestrahlte Lichtmenge 5 · 1015 Quanten/sec/ml betrug.The emulsion was exposed to light using a high-pressure mercury arc lamp at various time intervals, each followed by a dark period, in such a way that the amount of light irradiated was 5 · 10 15 quanta / sec / ml.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben; die Abkürzungen haben folgende Bedeutung:The results are given in the following table; the abbreviations have the following Meaning:
/ = °/o der Belichtungszeit.
B = Belichtungsperiode in Sekunden.
D = Dunkelperiode in Sekunden.
P = °/o Polymerisationsgeschwindigkeit/Min.
W = Wirkungsgrad Pll ■ 100./ = ° / o of the exposure time.
B = exposure period in seconds.
D = dark period in seconds.
P = ° / o rate of polymerization / min.
W = efficiency Pll ■ 100.
Aus der Tabelle ist klar zu ersehen, daß bei intermittierender Belichtung die Lichtenergie mit einem höheren Wirkungsgrad ausgenutzt wird als bei kontinuierlicher Belichtung.From the table it can be clearly seen that with intermittent exposure the light energy with a higher efficiency is used than with continuous exposure.
Vinylacetat wurde in einer wäßrigen Emulsion, die 50 Gewichtsprozent Monomeres und 5 Gewichtsprozent Gummiarabikum, bezogen auf das Monomere, als Emulgator enthielt, polymerisiert. Als Fotosensibilisator wurde 1 Gewichtsprozent Azo-bisisobutyronitril, bezogen auf das Monomere, zugesetzt.Vinyl acetate was in an aqueous emulsion containing 50 weight percent monomer and 5 weight percent Gum arabic, based on the monomer, contained as an emulsifier, polymerized. As a photosensitizer 1 percent by weight of azo-bisisobutyronitrile, based on the monomer, was added.
Die Emulsion wurde mit einer Wolframfadenlampe jeweils 0,01 Sekunden belichtet. Auf die Belichtungsperiode folgte eine Dunkelperiode von 0,32 Sekunden. Die insgesamt eingestrahlte Lichtmenge betrug 3 · 104 Quanten/sec/ml. Es wurde eine Polymerisationsgeschwindigkeit von 11,4%/Std. erzielt. Der Wirkungsgrad betrug P · ΙΟ14 = 3,8%, wobei P % Polymerisationsgrad/Std. und A die Menge des eingestrahlten Lichtes in Quanten/sec/ml ist.The emulsion was exposed to a tungsten filament lamp for 0.01 seconds each time. The exposure period was followed by a 0.32 second dark period. The total amount of light irradiated was 3 · 10 4 quanta / sec / ml. It was a polymerization rate of 11.4% / hour. achieved. The efficiency was P · ΙΟ 14 = 3.8%, with P % degree of polymerization / hour. and A is the amount of irradiated light in quanta / sec / ml.
Eine gleiche sensibilisierte Emulsion wurde wie oben beschrieben hergestellt und mittels einer Hochdruckquecksilberbogenlampe kontinuierlich belichtet; die insgesamt eingestrahlte Lichtmenge betrug 7 · 1015 Quanten/sec/ml. Es wurden 105 °/o Polymerisationsgeschwindigkeit/S td. erzielt; der Wirkungsgrad errechnete sich nach obiger Formel zu 1,5. DieA similar sensitized emulsion was prepared as described above and continuously exposed to light using a high pressure mercury arc lamp; the total amount of light irradiated was 7 · 10 15 quanta / sec / ml. A polymerization rate of 105% per hour was achieved; the efficiency was calculated using the above formula to be 1.5. the
Ergebnisse zeigen, daß die Lichtausnutzung bei intermittierender Belichtung größer ist als bei kontinuierl icher.Results show that the light utilization is greater with intermittent exposure than with continuously.
Vinylacetat wurde in einer wäßrigen Emulsion, die 40 Gewichtsprozent Monomeres und 4 Gewichtsprozent sulfoniertes Methyloleat, bezogen auf das Monomere, als Emulgator enthielt, polymerisiert. Als Fotosensibilisator wurde 1 Gewichtsprozent Azo-bi-sisobutyronitril, bezogen auf das Monomere, zugesetzt.Vinyl acetate was in an aqueous emulsion containing 40 weight percent monomer and 4 weight percent sulfonated methyl oleate, based on the monomer, contained as an emulsifier, polymerized. as Photosensitizer was 1 percent by weight azo-bisisobutyronitrile, based on the monomer.
Die Emulsion wurde mittels einer Wolframfadenlampe, wie im Beispiel 2 beschrieben, intermittierend belichtet. Es wurden 9,5% Polymerisationsgeschwindigkeit/Std. erzielt. Der Wirkungsgrad errechnet sich nach der Formel in Beispiel 2 zu 3,2. Verglichen mit der Polymerisation mittels kontinuierlicher Belichtung (Beispiel 2) ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad bei intermittierender Belichtung.The emulsion was produced intermittently using a tungsten filament lamp as described in Example 2 exposed. It was 9.5% polymerization rate / hour. achieved. The efficiency is calculated according to the formula in Example 2 to 3.2. Compared to polymerization using continuous exposure (Example 2) results in a higher efficiency with intermittent exposure.
Vinylacetat wurde mittels intermittierender Belichtung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 polymerisiert, jedoch wurde als Fotosensibilisator 1 Gewichtsprozent p-Bromphenacylbromid, bezogen auf das Monomere, zugesetzt. Die Polymerisationsgeschwindigkeit betrug 6,1%/Std. und der Wirkungsgrad war 2,0. Auch hier ist der nach der Formel im Beispiel 2 erzielte Wirkungsgrad bei intermittierender Belichtung höher als bei kontinuierlicher.Vinyl acetate was obtained by means of intermittent exposure under the same conditions as in Example 2 polymerized, but 1 percent by weight of p-bromophenacyl bromide, based on the monomer. The rate of polymerization was 6.1% / hour. and the efficiency was 2.0. Here, too, is the efficiency achieved according to the formula in Example 2 higher with intermittent exposure than with continuous exposure.
Es wurde eine Monomerenemulsion hergestellt durch Vermischen von 70 Gewichtsteiden Butadien, 30 Gewichtsteilen Styrol, 0,17 Gewichtsteilen tert-Dodecylmercaptan und 5 Gewichtsteilen Kaliumoleat als Emulgator und 180 Gewichtsteilen Wasser. Die so erhaltene Emulsion wurde durch Zusatz von 1 Gewichtsprozent Uranylnitrat fotosensibilisiert.A monomer emulsion was prepared by mixing 70 parts by weight of butadiene, 30 parts by weight of styrene, 0.17 parts by weight of tert-dodecyl mercaptan and 5 parts by weight of potassium oleate as an emulsifier and 180 parts by weight of water. the The emulsion thus obtained was photosensitized by adding 1 percent by weight of uranyl nitrate.
Die Mischpolymerisation der Monomeren wurde durch intermittierende Belichtung, wie im Beispiel 2 beschrieben, herbeigeführt. Die Polymerisations geschwindigkeit betrug 21,0%/Std. und der Wirkungsgrad 7,0.The interpolymerization of the monomers was carried out by intermittent exposure, as in Example 2 described, brought about. The rate of polymerization was 21.0% / hour. and the efficiency 7.0.
Eine gleiche Emulsion wurde wie oben beschrieben hergestellt und mittels einer Wolframfadenlampe kontinuierlich belichtet. Die gesamte eingestrahlte Lichtmenge betrug 6 · 1014 Quanten/sec/ml.The same emulsion was prepared as described above and continuously exposed to light using a tungsten filament lamp. The total amount of light irradiated was 6 · 10 14 quanta / sec / ml.
Die Polymerisationsgeschwindigkeit betrug 14,6%/ Std. und der Wirkungsgrad 2,4.The rate of polymerization was 14.6% / hour and the efficiency was 2.4.
Auch hieraus ist zu ersehen, daß die eingestrahlte Lichtmenge bei intermittierender Belichtung besser als bei kontinuierlicher ausgenutzt wird.This also shows that the amount of light irradiated is better with intermittent exposure than is used continuously.
Claims (5)
Transactions Faraday Society, 49, S. 1096 bis 1104 (1953).Considered publications:
Transactions Faraday Society, 49, pp. 1096-1104 (1953).
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