DE2625538C2 - Photopolymerisierbare Überzugsmassen - Google Patents
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Description
einer aromatischen Carbonylverbindung A der allgemeinen Formel
(D
einer aromatischen Carbonylverbindung B der allgemeinen Formel
und einem Amin C der allgemeinen Formel
R'
N —R'
(HD
R"
Es ist bekannt, daß olefinisch ungesättigte Verbindungen, die Photoinitiatoren enthalten, durch Bestrahlen
mit UV-Licht polymerisiert werden können. In der Patentliteratur sind eine große Anzahl von Photoinitiatoren beschrieben, von denen einige auch schon praktische Anwendung gefunden haben. Diesen Photoinitiatoren haften aber immer noch gewisse Nachteile
an, vor allem läßt in vielen Fällen die Härtungsgeschwindigkeit zu wünschen übrig.
Es wurde nun gefunden, daß olefinisch ungesättigte Verbindungen bei Verwendung bestimmter Photoinitiator-Kombinationen schneller aashärten als dies bei Verwendung der einzelnen Komponenten allein der Fall
ist. Dieser unerwartete Effekt wird besonders deutlich bei er Aushärtung von Acrylverbindungen in Schichten
von mehr als 10 μ.
Gegenstand der Erfindung sind photopolymerisierbare Überzugsmassen, die als Bindemk'sl olefinisch
ungesättigte Verbindungen mit einem Siedepunkt oberhalb von 500C sowie 0,5 bis 15 Gewichtsprozent Photo
initiatoren, bezogen auf Bindemittel, enthalten. Die Photoinitiatoren sind ein Gemisch aus:
einer aromatischen Carbonylverbindung A der allgemeinen Formel
einer aromatischen Carbonylverbindung B der allgemeinen Formel
wobei die Substituenten folgende Bedeutung haben:
= H, Cl, C1-C4-AKyI, C,-C4-AIkOXy, C2-C4-
= H, Cl, R,-Phenyl, wobei
a) für den Fall R2 = H oder Cl
und R4 = H, Cl, C,-C4-Alkyl oder R,-Phenyl
sind, und
b) für den Fall R2 = R,-Phenyl,
= C,-C7-Alkoxy und
= R3, H, C,-C4-Alkyl, CH2OH sind, oder
und R4 gemeinsam eine O-CB-H2„-O-Brücke
mit π = 2 bis 8 darstellen;
und R6 = H, Ci-Cs-Alkyl, C2C5-Alkoxy,
COOH, COOR7, COON(R7J2, Cl, C,-C3-ChIOralkyl mit R7 = C1-C7-AKyI;
= H, eine direkte Bindung oder eine O-, CO-, S-, NH- oder NRg-Brücke (mit R, = C,-C5-AKyI);
R" und R'" = H, C1-C1O-AKyI, C3-Ci0-CyCIoalkyl. Aryl, Q-Q-Hydroxyalkyl oder C2-C4-Alkoxyalkyl, wobei höchstens 2 Substituenten
H sein dürfen und höchstens 2 Substituenten aromatischen Charakter haben dürfen.
(ID
und einem Amin C der allgemeinen Formel
R'
Ν —R'"
(III)
R"
Gegenstand der Erfindung sind photopolymerisierbare Überzugsmassen, die olefinisch ungesättigte Verbindungen als Bindemittel sowie eine Kombination aus
verschiedenen Photoinitiatorsn enthalten.
Die Substituenten haben die im Patentanspruch angegebene Bedeutung.
Die olefinisch ungesättigten Verbindungen können ein Molekulargewicht in einem sehr breiten Bereich
zwischen etwa 70 und 20 000 besitzen, es können also sowohl nieder- als auch hochmolekulare Verbindungen
eingesetzt werden.
Als hochmolekulare Verbindungen kommen z. B. in Frage:
1. ungesättigte Polyester mit einem Molekulargewicht zwischen 500 und 5000 und 0,5 bis 8 Doppelbindungen auf 1000 Molekulargewichtseinheiten,
beispielsweise hergestellt aus
a) 10 bis 70 Gewichtsprozent a^S-ungesättigter
Dicarbonsäuren, wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure.
b) O bis 60 Gewichtsprozent gesättigter aliphatischer,
cycloaliphatischer oder aromatischer Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure,
Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure,
Cyclohexan-l^dicarbonsämre, s
Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
c) 20 bis 80 Gewichtsprozent aliphatischen cycloaliphatischer
oder nichtphenolisch aromatischer Diole, wie Äthylenglykol, Diäthylen- to
glykol, Triäthylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol,
Butandiol-1,2, Butandiol-1,3-Butandiol-1,4,
Buten-2-diol-l,4, Neopentylglykol, Hexandiol-1,6 oder oxalkyliertes Bisphenol
A. '5
d) 0 bis 5 Gewichtsprozent Tri- oder Tetracarbonsäuren, wie Trimellithsäure, Pyromellithsäure
oder Benzoltetracarbonsäure,
e) 0 bis 10 Gewichtsprozent Monocarbonsäuren.,
wie Essis5äure, Propionsäure oder Benzoesäure.
0 bis 5 Gewichtsprozent tri- oder tetrafunktioneller Alkohole, wie Glycerin, Trimethylol-
propan oder Pentaerythrit,
g) 0 bis 10 Gewichtsprozent rnonofunktioneller
g) 0 bis 10 Gewichtsprozent rnonofunktioneller
Alkohole, wie Methanol, Äthanol, Propanol oder Butanol;
ungesättigte Epoxyharze (Epoxidacrylate), die beispielsweise hergestellt wurden aus
a) monofunktionellen Epoxiden und (Meth-)-Acrylsäure
nach US PS 24 hi 487,
b) bifunktionellen Epoxüen und ungesättigten Fettsäuren nach US-PS 24 56 08, «
c) mehrfunktionellen aromatischen Epoxiden und Crotonsäure nach US-PS 25 75 440 oder
d) mehrfunktionellen aromatischen oder aliphatischen Glycidäthern und (Meth-)Acrylsäure
nach US-PS 28 24 851 oder DE-OS 16 44 817;
ungesättigte Polyurethane (Urethanacrylate) aus Hydroxyalkylacrylaten, Diisöcyanaten und gegebenenfalls
Polyolen oder Polyaminen, wie sie z.B. in den DE-OS 16 44 797, 16 44 798 oder 23 58 948 «
beschrieben sind;
4. ungesättigte Copolymerisate, z. B. hergestellt durch Umsetzen von
a) Maleinsäureanhydridgruppen enthaltenden vt
Copolymeren mit ungesättigten Alkoholen, beispielsweise nach der DE-OS 2050 893 oder
b) Carbonsäuregruppen enthaltenden Acrylestercopolymeren
oder Polyestern mit ungesättigten Epoxiden, z. B. Glycidylacrylat;
5. Butadienpolymerisate, in denen die Doppelbindungen überwiegend als seitenständige Vinylgruppen
vorliegen;
6. Diallylphihalatpräpolymere; w
7. Poly-N-vinylurethane, z. B. hergestellt nach der
DE-OS 20 64 701 durch Umsetzung von Vinylisocyanat mit gesättigten oder ungesättigten PoIyesterpolyolen,
Polyatherpolyolen oder polyfunktionellen Alkoholen. "">
Weiter kommen als niedermolekulare Verbindungen in F-'rage:
1. Ester von ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren,
z. B. Ester der Acryl-, Methacryl-, <r-Cyanacryl-,
Croton-, Zimt-, Sorbin-, Malein-, Fumar- oder Itaconsäure mit aliphatischen, cycloaliphatischen
oder aromatisch-aliphatischen ein- bis vierwertigen Alkoholen mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen,
z. B. Methyl(meth)acrylat, n-, i- und t-Butyl(meth)-acrylat,
2-Äthylhexylacrylat, Laurylacrylat, Dihydrodicyclopentadienylimet^acrylat^Methylglyiolacrylat,
Hydroxyäthyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat,
Äthylenglykoldiacrylat, Diäthylenglykoldiacrylat, Triäthylenglykoldiacrylat, Neopentylglykoldi(meth)acrylat,
1,4-DimethyIoIcyclohexandiacrylat,
Pentaerj thrittri- und -tetra(meth)-acrylat, Äthyl-ff-cyanacrylat, Äthylcrotonat, Äthylsorbinat,
Diäthylmaleinat, Diäthylfumarat sowie das Di(meth)acrylat des oxalkylierten Bisphenol A;
2. Amide der Acrylsäure oder Methacrylsäure, die gegebenenfalls am Stickstoffatom mit Alkyl-, AIkoxyalkyl-
oder Hydroxyalkylresten substituiert sein können, z. B. Ν,Ν'-Di-methylacrylamid, N-Isobutylacrylamid,
Diacetonacrylamid, N-Methylolacrylamid,
N-Methoxymethylacrylamid, N-Butoxymethylacrylamid,
N-Butoxymethylmethacrylamid,
Äthylenglykolbis-{N-methylo!acrylamid)-äther;
3. Vinylester von Mono- oder Dicarbonsäuren mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Vinylacetat, Vinylpropionat,
2-ÄthyIhexansäurevinylester, Versaticsäurevinylester,
Divinyladipat;
4. Vinyläther von ein- oder zweiwertigen Alkoholen mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Isobutylvinyläther,
Hexylvinyläther, Octadecylvinyläther, Äthylenglykoldivinyläther,
Diäthylenglykoldivinyläther, Butandioldivinyläther, Hexandioldivinylather;
5. Mono-N-vinylverbindungen, z. B. N-VinyIpyrrolidon,
N-Vinylpiperidon, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylmorpholin,
N-Vinyloxazolidon, N-Vinylsuccinimid,
N-Methyl-N-vinylformamid, N-Vinylcarbazol;
6. Allyläther und -ester, z. B. Trimethylofpropandiallyläther,
Trimethylolpropantriallyläther, Pentaer>·-
thrittriallyläther, Diallylmaleinat, Diallylfumarat
oder Diallylphthalat.
Selbstverständlich können die aufgezählten Verbindungen sowohl einzeln als auch in Mischungen miteinander
eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Mischungen aus Epoxidacrylaten oder Urethanacrylaten
mit niedermolekularen Mono-, Di- oder Triacrylverbindungen.
Die olefinisch ungesättigten Verbindungen weisen einen Siedepunkt oberhalb von 500C, vorzugsweise
oberhalb von 100°C, auf. Niedriger siedende Verbindungen sind weniger gut geeignet, da sie nach Auftragen
der Überzugsmasse und vor ihrer Aushärtung zu leicht verdunsten.
Dadurch kann sich einerseits die Zusammensetzung der Überzugsmasse ändern, andererseits kann dies zu
einer Verunreinigung der Umwelt mit geruchsbelästigenden und teilweise auch toxischen Verbindungen
führen. Für umweltfreundliche Lacke und Druckfarben sind daher Verbindungen mit einem Dampfdruck von
weniger als etwa 10 Torr bei 1000C besonders gut geeignet.
Die Photoinitiatormischungen bestehen aus mindestens zwei unterschiedlich reagierenden Photoiniüatoren
(Verbindungen Λ und B) und einem Amin als
Reduktionsmittel (Verbindung C).
Als Photoinitiator A sind folgende an sich bekannte
Verbindungen geeignet: Derivate des Benzoins oder Benzils, die als gemeinsames Merkmal in ar-Stellung
zu der Carbonylgruppe mindestens eine Kohlenstoff-SauerstofT-Einfachbindung
aufweisen. Diese Verbindungen reagieren aus dem durch UV-Bestrahlung angeregten Zustand durch eine Spaltung der in α-Stellung
zur Carbonylgruppe stehenden Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung unter Bildung eines Radikalpaares. Besonders
bevorzugt sind Benzildialkylketale, die in den DE-OS 12 32 365, 22 61383 und 23 37S13 ausführlich
beschrieben sind, sowie Benzoinäther nach der US-PS 24 48 828 und der DE-AS 16 94149. Ferner können aromatische
ff-Halogenketone, wie z. B. Trichloracetophenon,
verwendet werden.
Die zweite Gruppe der Photoinitiatoren B umfaßt Verbindungen, die sich vom Benzopfienon, Fluorenon,
Anthrachinon, Xanthon, Thioxanthon oder vom Acridon ableiten. Diese Stoffklassen sind z. B. in der US-PS
37 59 807 beschrieben. Besonders bevorzugt sind Benzophenon, 2-Methylthioxanthon und 2-Chlorthioxanthon.
Die organischen Amine C wirken ais Reduktionsmittel
bzw. Ketten übertragende Verbindungen. Sie sollen vorzugsweise wenigstens eine in a-Stel'ung zum Stickstoffstehende
— CH — RrGruppe
30
besitzen. Geeignet sind z. B. primäre, sekundäre, tertiäre aliphatische, aromatische oder heterocyclische
Amine, wie sie z. B. in der US-PS 3759 807 aufgezählt
sind. Besonders wirksam sind Hydroxyalkyl-amine, wie z. B. Triäthanolamin, Äthanolamin, Diäthanolamin,
N-Methyldiäthanolamin, 3-Isopropyloxipropylamin und
ähnliche Alkoxyalkylamine.
Zur Erzielung besonderer Effekte können den Überzugsmassen anorganische oder organische Pigmente,
wie z. B. Titandioxid oder Füllstoffe, wie Talkum, in
Mengen von bis zu 60 Gewichtsprozent, bezogen auf die Überzugsmasse, zugesetzt werden. Ferner können die
in der Lackindustrie üblichen organischen Zusatzstoffe, wie Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, weitere Bindemitte!,'
Entlüftungsmittel oder Gleitmittel in Mengen von bis zu 10 Gewichtsprozent anwesend sein.
Die erfindungsgemäßen Überzugsmassen können zum Lackieren von Substraten wie Holz, Metall, Papier
oder Kunststoff verwendet werden, ferner als Spachtelmassen oder als Druckfarben.
Die Aushärtung erfolgt durch Bestrahlen mit UV-Licht einer Wellenlänge zwischen 230 und 450 nm,
wobei insbesondere Quecksilberhochdlrucklampen verwendet
werden.
Ein LImsetzungsprodukt ar·: I Mo! BisphenoI-A-üigiycid-yi-äther
mit 2 Mo! Acrylsäure wurde 65prozentig
in Butandioldiacrylat gelöst. Dieser Lösung wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Photoinitiatoren zugesetzt.
Die so erhaltenen Klarlacke wurden in emer Schicht von 60 um auf Glasplatten aufgerakelt und mit einer
Quecksilber-Hochdrucklampe (Leistung 80 Watt/cm Bogenläjige, gemessen auf dem Quarzglaszylinder der
Röhre) bestrahlt. Der Abstand Lampe zu Lackfilm betrug 1,0 cm.
Die Proben wurden auf einem in seiner Laufgeschwindigkeit kontinuierlich verstellbaren Transportband
unter der UV-Lampe hindurchgeführt.
Bestimmt wurde die Transportbandgeschwindigkeit (m/min), bei welcher gerade noch eine kratzfeste Aushärtung
erreicht werden konnte. Zusätzlich wurde die Pendelhärte nach König (DIN 53 157) gemessen.
Photoinitiatorzusatz (Gew.-%)
Max. Bandgeschw. | Pendelhärte |
(m/Min.) | (Sek.) |
11 | 188 |
16 | 193 |
31 | 146 |
31 11 |
156 |
11 11 |
61 |
16 | 56 |
53 | 98 |
53 | 120 |
72 | 115 |
2 Benzildimethylketal (BDMK)
4 Benzildimethylketal
2 Benzildimethylketal + 3 Methyldiäthanolamin
4 Benzildimethylketal + 3 Methyldiäthanolamin
2 Benzophenon (Bz)
4 Benzophenon
2 Benzophenon + 3 Methyldiäthanolamin
4 Benzophenon + 3 Methyldiäthanolamin
1 BDMK und 1 Bz + 3 Methyldiäthanolamin
2 BDMK und 1 Bz + 3 Methyldiäthanolamin
2 BDMK und 2 Bz + 3 Methyldiäthanolamin
2 BDMK und 2 Bz + 3 Methyldiäthanolamin
Die drei letzten Versuche sind erfindungsgemäß.
Als Klarlack wurde wiederum wie in Beispiel I ein Umsetzungsprodukt aus 1 Mol Bisphenol-A-Diglycidylüther
und 2 Mo! Acrylsäure, 65pro7cntig gelöst in Butandioldiacrylal,
verwendet. Als Photoinitiatoren -vurd-j
eine Kombination aus 2 Gewichtsprozent n-tert.-B'.itv!-
wwM-trichloracetojhenon. 2 Gewichtsprozent Ben/<
>phenon und 3 Gewichtsprozent Methyldiäthanolamin zugesetzt. Die maximale Bandgeschwindigkeit betrug
31 m/Min.
Verwendet wurde eier in Beispiel i beschriebene Klar-1
Lick. Photoinitiatoren wurden nach Tabelle 2 zugesetzt.
Die Aushärtung erfolgte analos Beispiel 1
7 8
Tabelle 2
(Gew.-%) (m/Min.) (Sek.)
4 Benzoinisopropyläther (BPÄ) Ii 180
2 BPÄ + 3 Methyldiäthanolamin (MDÄA) 11 160
4 BPÄ + 3 MDÄA 16 160
2 BPÄ + 3 MDÄA + 2 Benzophenon 45 120
0,1 Methylthioxanthon (MTX) + 3 MDÄA 11 118
2 BDMK+ 3 MDÄA 31 146
0,1 MTX+ 2 BDMK+ 3 MDÄA 60 140
Claims (1)
- Patentanspruch:Photopolymerisierbare Überzugsmassen, die als Bindemittel olefinisch ungesättigte Verbindungen mit einem Siedepunkt oberhalb von 50° C, sowie 0,5 bis 15 Gewichtsprozent Photoinitiatoren, bezogen auf Bindemittel, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoinitiatoren ein Gemisch sind aus:
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8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
D4 | Patent maintained restricted |