DE1668358B2 - 6-Phenyl- a -Pyrone als Absorptionsmittel für UV-Strahlung - Google Patents
6-Phenyl- a -Pyrone als Absorptionsmittel für UV-StrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von 6-Phenyl-Pyronen
als Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung (U V-Absorber).
UV-Absorber werden in erheblichem Maße in technischen Produkten eingesetzt und gehören verschiedenen
chemischen Verbindungsklassen an. So sind z. B. aus GB-PS 9 24 019 und GB-PS 9 59 742 Derivate
des Hydroxyxanthens und aus GB-PS 9 58 167 Derivate des Allyloxybenzophenons bekannt. Aus »Stabilisierung
und Alterung von Plastwerkstoffen«, Bd. I1 von Thinius,
Verlag Chemie 1969, Weinheim, sind auf Seiten 544/545 UV-Absorber aus der Verbindungsklasse des Cumarins
bekannt, wie z. B. 4-Methylumbelliferon, welches im Bereich von etwa 300 ... 320nm eine merkliche
Schutzwirkung aufweist bei der Bestrahlung einer den Absorber enthaltenden Polyamid-Gießfolie. Andererseits
ist jedoch hieraus auch bekannt, daß Cumarin sich als UV-Absorber in der Praxis als unbrauchbar erwiesen
hat und daß 4-Methylumbelliferon oder 4-Methylasculetin
als UV-Absorber für Kunstledermassen aus Polyvinylchlorid nicht geeignet sind.
Wie schon angedeutet, werden UV-Absorber z. B. in Folien eingebettet, wobei sie bei Gießfolien der
Gießlösung zugesetzt werden. Man kann sie auch nachträglich durch einen Diffusionsantrag aus einer
Lösung in die Folie einbringen oder sie in einer separaten Schicht als Zusatz zu Lacken einbringea Die
UV-Absorber können auch einpolymerisiert werden, indem sie der MonomereBmischung zugesetzt werden;
sie können aber auch mit thermoplastischem Material extrudiert werden.
Die UV-Absorber sollen meist die verschiedenartigsten Materialien vor den bekannten schädigenden
κι Einwirkungen der energiereichen ultravioletten Strahlung
schützen. Vielfach werden sie daher auf dem Verpackungssektor eingesetzt, z. B, um Nahrungsmittel
vor Licht zu schützen. Auch das Ausbleichen gefärbter Textilien oder das Verblassen von Drucken oder
Farbphotographien vermögen sie zu verhindern. Kunststoffen werden UV-Absorber oft zugesetzt, um das
durch Lichteinwirkung bedingte Verspröden oder Vergilben herabzusetzen. Darüber hinaus können
UV-Absorber spezielle optische Effekte bewirken.
Bringt man z.B. bestimmte UV-Absorber in ein
transparentes Diazotypiematerial ein, so erzielt man dadurch eine flachere Gradation des Kopiermaterials.
Als UV-absorbierende Verbindungen werden Derivate des Diphenylpyrazolins (BE-PS 6 88 795) eingesetzt.
Aus den vielen Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich die Forderungen, die ein universell einsetzbarer
UV-Absorber erfüllen muß: Er muß »farblos« sein, um den visuellen Farbeindruck nicht zu verfälschen. Er soll
im Gegensatz zu den sogenannten Aufhellern auch nicht
jo fluoreszieren. Er soll eine gute Lichtbeständigkeit zeigen. Falls er sich doch im Laufe der Zeit etwas
zersetzt, so soll das Zersetzungsprodukt möglichst selbst auch wieder farblos sein. Wünschenswert ist
weiterhin, daß sich der UV-Absorber chemisch indiffe-
J5 rent verhält, sich leicht verarbeiten läßt und leicht
zugänglich iss.
Die bisher bekannten UV-Absorber haben den Nachteil, daß sie stets die eine oder andere der
aufgestellten Bedingungen nicht erfüllen. Ein großer Teil von ihnen zeigt Fluoreszenz, sehr viele absorbieren
auch in geringem Maß im sichtbaren Spektralbereich, während andere wiederum im längerwelligen Ultraviolett
zu wenig absorbieren. Andere Verbindungen, z. B. die in der belgischen Patentschrift 6 88 795 beschriebenen
Pyrazolinderivate, sind zwar aufgrund ihrer Eigenschaften hervorragend für bestimmte Zwecke in
der Diazotypie geeignet, müssen aber verhältnismäßig umständlich hergestellt werden.
Es war deshalb Aufgabe der Erfindung, UV-Absorber anzugeben, die die obengenannten Anforderungen
erfüllen und damit für sehr viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden können.
Die Aufgabe wird durch 6-Phenyl-«-Pyrone der
allgemeinen Formel
worin
Ri Wasserstoff, Halogen, Methyl, Alkenyl mit 2 bis 3
Kohlenstoffatomen, eine Cyano-, Carbonsäure-, Carbonsäureester- oder Carbonsäureamid-Gruppe,
R2 Wasserstoff oder eine mit einem Alkylrest R3 oder
R4 unter Ringschluß verbundene Alkylgruppe mit bis
zu 3 Kohlenstoffatomen,
R3 Wasserstoff, Halogen, Methyl, eine Sulfonsaure-,
Sulfonsäurechlorid- oder Sulfonarrud-Gruppe und s
R4 Wasserstoff, Halogen oder Methyl
bedeuten,
wobei sich die Carbonsäure- bzw. Sulfonsäure-Amide
vom Ammoniak, einem aliphatischen, cycloaliphatisehen
oder aromatischen Amin oder einer heterocyclischen Stickstoffverbindung ableiten, die weitere zur
Kupplung mit einer Diazoverbindung oder zur Salzbildung befähigte Substituenten tragen können und wobei
die Methylgruppe Ri als Methylen zwei Molekülreste
der aligemeinen Formel verbinden kann, gelöst, welche als Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung mit
einem Absorptionsmaximum zwischen etwa 340 und 350 nm in oder auf transparentem Schichtmaterial
verwendet werden.
Im Rahmen der Erfindung liegen z. B. folgende Verbindungen:
HO3S
CH3
(D
HO
25
30
35
NH-SO2
OH
NH- SO
OH
CO-NH-C2H4-NH-SO2
45
50
55
60
65
COOH
COOCH.,
Ϋ | 5 | ο | Γ | 16 | 68 | 358 | |
CH2 | CH3 | CH ==CH2 | |||||
C | (15) | 5 | |||||
CH1 CH- |
(16) | K) | |||||
CH3
CONHCH.,
(24)
CH3
όΛ.
CH3
(Π)
O Ν— SO2
O N-CH2CH2NH-SO2-
HN(CH2CH2OH)3
(19)
CH3
ί CONH(CH2J5COONa
(20)
(21)
CH3
NH ~
(22)
CH3
CO-NH-
(23)
CH3
15
CH3-
CONHCH2CH2N
CH3
JO
35
40 CH3
CONH2
(26)
(27)
CH3
CN
(28)
CH3
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen UV-Absorber können insbesondere in lichtempfindlichen Kopiermaterialien
verwendet werden. Für diesen Anwendungszweck sind insbesondere solche Verbindungen
geeignet, die im Molekül eine Gruppierung enthalten,
so die zur Kupplung mit einer Diazoverbindung befähigt ist.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Verbindungen erfüllen in hervorragendem Maße die obengenannten
Bedingungen, so daß sie ganz allgemein als UV-Absorber angewendet werden können. Ihre Absorption setzt
den Forderungen entsprechend bei etwa 400 nm ein und steigt gegen den kurzwelligen Spektralbereich bis zu
einem Maximum an, das im Mittel bei etwa 345 nm liegt. Da die Absorption genau an der Grenze zwischen dem
bo sichtbaren und dem ultravioletten Spektralbereich
einsetzt, erscheinen die erfindungsgemäß verwendeten 6-Phenyl-«-Pyrone bei visueller Betrachtung farblos.
Darüber hinaus wurde gefunden, daß sie auch nach mehrtägiger Belichtung mit einer Xenonlampe sehr
lichtstabil waren; soweit überhaupt Zersetzungen beobachtet wurden, traten keine gefärbten Zersetzungsprodukte
auf. Die Verbindungen zeigen außerdem keine erkennbare Fluoreszenz.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen ist in der belgischen Patentschrift
6 43 891 und in Chem. Ber. 100 (1967), S. 658 bis 677, beschrieben. Sie sind auf diesem Wege leicht zugänglich.
Innerhalb der obengenannten Grenzen kann man die Substituenten variieren, ohne daß die beschriebenen
optischen Eigenschaften wesentlich verändert werden. Es ist daher möglich, durch geeignete Wahl der
Substituenten z. B. die Löslichkeit in wäßrigen oder organischen Lösungsmitteln oder andere Eigenschaften
dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen.
Formel | max | max | Schmelzpunkt |
Nr. | nm | cm/Mol Liter | |
1 | 344 | 18 200 | _ |
2 | 342 | 19 700 | - |
3 | 343 | 16 400 | - |
4 | 350 | 21 200 | - |
5 | 342 | 21 000 | - |
6 | - | - | 230-2320C |
7 | - | - | zersetzt sich |
8 | - | - | über 3500C |
9 | - | - | 244-2470C |
10 | - | - | zersetzt sich |
11 | - | - | 275°C (Z) |
12 | 328 | 13 500 | - |
13 | 350 | 16 200 | - |
14 | 342 | 16 600 | - |
15 | 332 | 17 300 | - |
16 | 349 | 14 800 | - |
17 | 341 | 20 500 | - |
18 | 341 | 20 900 | - |
19 | 340 | 21000 | - |
20 | 338 | 16 400 | - |
21 | 330 | 17 900 | - |
22 | 347 | 19 400 | - |
23 | 350 | 23 700 | - |
24 | 348 | 16 100 | - |
25 | 347 | 33 600 | - |
26 | 350 | 19 200 | - |
27 | 346 | 17 300 | - |
28 | 353 | 17 500 | _ |
Die folgenden Beispiele zeigen eine Auswahl von Anwendungsmöglichkeiten:
In einer 10%igen Gießlösung von Cellulosetriacetat
in einem Lösungsmittelgemisch aus gleichen Teilen Aceton und Methylenchlorid wird 1 mg/ml an 3-Chlor-4-methyl-6-p-tolyIpyron-{2)
(Formel 1) gelöst Eine mit dieser Lösung gegossene 0,15 mm dicke Celluloseacetatfolie
erscheint farblos und ist optisch sehr klar, absorbiert jedoch im ultravioletten Spektralbereich
zwischen 400 nm und 300 nm fast alles eingestrahlte Licht Maximale Absorption erfolgt bei 344 nm. Im Falle
der Verwendung des UV-Absorbers nach Formel 12 ergibt sich eine maximale Absorption bei 328 nm. Die
hochwertige lichtbeständige Folie eignet sich z. B. zum Abdecken von Bildern oder Drucken, wie Landkarten.
Eine 0,05 mm dicke Folie aus Cellulosetriacetat wird mit einer 0,2%igen Lösung der Verbindung von Formel
1 in Glykolmonomethyläther drei Minuten getränkt und anschließend oberflächlich mit Glykolmonomethyläther
abgespült und getrocknet. Die derartig imprägnierte Folie absorbiert im nahe ultravioletten Spektralbereich
zwischen 400 nm und 300 nm fast alles Licht. Sie ist als Schutz- und Verpackungsfolie geeignet. Der UV-Absorper
verhindert außerdem, daß die Folie durch Lichteinwirkung vorzeitig versprödet.
Man verfährt wie in den Beispielen 1 und 2, verwendet jedoch gleiche Mengen 3-Brom-4-methy!-6-(4'-chlor-phenyl)-pyron-(2)
(Formel 2) oder 3-Carbonamid-4-methyl-6-phenylpyron-(2) (Formel 3) als UV-Absorber.
Es werden ähnlich gute Ergebnisse erzielt.
B e i s ρ i e 1 4
Ein Stück Folie aus regenerierter Cellulose wird drei Minuten in einer 2%igen Lösung von 3-Chlor-4-methyl-6-(4'-sulfonsäurechlorid-phenyl)-pyron-(2)
(Formel 4) in gleichen Teilen Aceton und Glykolmonomethyläther getränkt. Die getrocknete Folie ist im Spektralbereich
zwischen 400 nm und 300 nm lichtundurchlässig und eignet sich als Verpackungsmaterial, z. B. für Textilien.
Man tränkt ein Stück Folie aus regenerierter Cellulose drei Minuten in einer 0,5%igen wäßrigen
Lösung der Verbindung der Formel 5. Als Lösungsvermittler wird Isopro;-anol zugesetzt Die getrocknete
Folie ist im Spektralbereich zwischen 400 und 300 nm lichtundurchlässig und eignet sich als Verpackungsmaterial.
Mit der Gießlösung des Beispiels 1 wird ein Holzbrett
zur Hälfte lackiert Die andere Hälfte wird mit einer gleichen Celluloseacetatlösung jedoch ohne UV-Absorber
lackiert Die ohne UV-Absorberzusatz lackierte Hälfte vergilbt im Licht vergleichsweise schneller.
Eine Folie aus Celluloseacetat mit etwa 2,5 Acetyl-
gruppen je Glucoseeinheit, in die gemäß dem Beispiel 2
ein UV-Absorber eingebracht worden war, wird mit einer Sensibilisierungslösung folgender Zusammensetzung
beschichtet:
3 g Citronensäure
1 g p-Diazodiäthylanilin, Zinkchlorid-Doppelsalz
3 g ^-Dihydroxy-naphthalin-ö-sulfonsäure
3 g ^-Dihydroxy-naphthalin-ö-sulfonsäure
(Na-SaIz)
in 50 ml Wasser und
50 ml Isopropanol.
in 50 ml Wasser und
50 ml Isopropanol.
Die getrocknete Folie wird unter einer Quecksilberdampfhochdrucklampe
durch einen in der Schwärzung abgestuften Graukeil (Kodak Photographic Step Tablet
Nr. 2, Dichteinkrement pro Stufe 0,15) beuchtet und
anschließend mit Ammoniak zu einem blauen Bild
entwickelt. Im Vergleich zu einer sonst völlig gleichen Probe, jedoch auf einer Celluloseacetatfolie ohne
UV-Absorber, erkennt man mehr Keilstufen, die Gradation des Filmmaterials mit UV-Absorber ist
vergleichsweise flacher geworden.
Man beschichtet eine gleiche Celluloseacetatfolie wie in Beispiel 7, jedoch ohne UV-Absorber, mit der
lichtempfindlichen Lösung des Beispiels 7 unter Zusatz von 0,5 g der Verbindung der Formel 5. Die getrocknete
Folie wird wie in Beispiel 7 angegeben belichtet und entwickelt. Man erhält durch den UV-Absorberzusatz
ein relativ weich arbeitendes Kopiermaterial.
Im Beispiel 7 wird die Herstellung eines weich arbeitenden Kopiermaterials unter Verwendung einer
mit UV-Absorbern versehenen Folie beschrieben. Da die lichtempfindliche Präparation erfahrungsgemäß nur
etwa 0,01 mm tief in die Celluloseacetatfolie eindringt, ist es nicht erforderlich, in diesem Fall den UV-Absorber
homogen in der Folie zu verteilen. Es genügt, wie vorliegend den UV-Absorber der Beschichtungslösung
zuzusetzen, so daß nur eine oberflächliche Schicht der Folie präpariert wird. Dabei kann als neuer Nachteil
auftreten, daß der UV-Absorber und die anderen Bestandteile der Beschichtungslösung durch Diffusion
verschieden tief in die Trägerfolie eindringen.
Dieser Nachteil wird vermieden, indem man erfindungsgemäß UV-Absorber verwendet, die eine kupplungsfähige
Gruppierung im Molekül enthalten, z. B. die Verbindungen der Formeln 5 bis 11 der Formeltabelle.
Von diesen Verbindungen kuppeln diejenigen der Formeln 5 — 7 zu gelben, diejenigen der Formeln 8 — 11
zu blauen Azofarbstoffen.
Die Verbindung der Formel 4 wird zusammen mit einer äquivalenten Menge 3-Hydroxy-4-amino-toluol in
Chloroform gelöst und unter Zusatz von Natriumbicarbonat unter Erwärmen umgesetzt. Von der dabei
entstandenen Verbindung der Formel 6 werden 1,2 g zusammen mit 3 g Citronensäure und 1 g p-Diazodiäthylaniiin,
Zinkchlorid-Doppelsalz, in 50 ml Wasser, 50 ml Isopropanol und 5 ml Dimethylformamid gelöst
und auf einen Celluloseacetatträger aufgebracht. Die Belichtung und Entwicklung zu einem gelbbraunen Bild
erfolgt wie in Beispiel 7. Man erkennt mehr Keilstufen als auf einem sonst gleichen Kopiermaterial, das jedoch
unter Verwendung von 0,7 g 2-Hydroxy-4-methyl-phenylharnstoff anstelle der Verbindung von Formel 6
hergestellt worden ist.
In der folgenden Tabelle sind die Absorptionsdaten bzw. die Schmelzpunkte von erfindungsgemäß verwendeten
Verbindungen zusammengestellt. Die Absorptionsmessungen unterliegen bei den in den Schichten
eingesetzten Konzentrationen einer gewissen Streuung.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von 6- Phenyl-a-Pyronen der allgemeinen FormelworinRi Wasserstoff, Halogen, Methyl, Alkenyl mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen, eine Cyano-, Carbonsäure-, Carbonsäureester- oder Carbonsäureamid-Gruppe,R2 Wasserstoff oder eine mit einem Alkylrest R3 oder R4 unter Ringschluß verbundene Alkylgruppe mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen,R3 Wasserstoff, Halogen, Methyl, eine Sulfonsäure-, Sulfonsäurechlorid- oder Sulfonamid-Gruppe undR4 Wasserstoff, Halogen oder Methylbedeuten,wobei sich die Carbonsäure- bzw. Sulfonsäure-Amide vom Ammoniak, einem aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Amin oder einer heterocyclischen Stickstoffverbindung ableiten, die weitere zur Kupplung mit einer Diazoverbindung oder zur Salzbildung befähigte Substituenten tragen können und wobei, die Methylgruppe Ri als Methylen zwei Molekülreste der allgemeinen Formel verbinden kann, als Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung mit einem Absorptionsinaximum zwischen etwa 340 und 350 nm in oder auf transparentem Schichtmaterial.
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