-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft gewisse thermisch stabile rote Anthrachinon-Farbstoffe,
die einen oder mehrere photopolymerisierbare, ethylenisch ungesättigte (Vinyl-)
Reste enthalten, welche mit ethylenisch ungesättigten Monomeren copolymerisiert
(oder gehärtet)
werden können,
um gefärbte
Zusammensetzungen, wie gefärbte
Acryl-Polymere, z.B. Polymere, die aus Acrylat- oder Methacrylatestern
erzeugt werden, gefärbte
Polystyrole und ähnliche
gefärbte
Polymermaterialien zu erzeugen, die von anderen ethylenisch ungesättigten
Monomeren abstammen. Die Verbindungen besitzen eine gute Lichtechtheit
(Stabilität)
gegenüber
Ultraviolett- (UV-) Licht, eine gute Löslichkeit in Vinyl-Monomeren,
eine gute Farbstärke
und thermische Stabilität.
Die Erfindung schließt
auch polymere Acrylmaterialien ein, d.h. Polymere, die von Acrylsäureestern,
Methacrylsäureestern
und/oder anderen copolymerisierbaren Vinyl-Verbindungen abstammen, die damit copolymerisiert eine
oder mehrere der Farbstoffverbindungen der vorliegenden Erfindung
aufweisen.
-
HINTERGRUND
UND STAND DER TECHNIK
-
Es
ist bekannt (J. S. D. C., April 1977, S. 114–125), gefärbte Polymermaterialien zu
erzeugen, indem man ein reaktives Polymer, wie Terpolymere mit Epoxygruppen
oder Polyacryloylchlorid, mit Anthrachinon-Farbstoffen vereinigt,
die nukleophile reaktive Gruppen, wie Amino- oder Hydroxygruppen,
enthalten; Acryloylaminoanthrachinon-Farbstoffe auf die Hauptkette
von Vinyl- oder Divinyl-Polymeren zu pfropfen; und Anthrachinon-Farbstoffe,
die gewisse olefinische Gruppen enthalten, zu polymerisieren, um
polymere Farbstoffe/Pigmente zu erzeugen. Das U.S. Patent 4,115,056
beschreibt die Herstellung von blauen substituierten 1,4-Diaminoanthrachinon-Farbstoffen,
die eine Acryloyloxy-Gruppe enthalten, und die Verwendung der Farbstoffe
beim Färben
verschiedener Fasern, insbesondere Polyamid-Fasern. Das U.S. Patent
4,943,617 offenbart flüssigkristalline
Copolymere, die gewisse blaue substituierte 1,5-Diamino-4,8-dihydroxyanthrachinon-Farbstoffe
enthalten, welche eine olefinische Gruppe damit copolymerisiert
enthalten, um Flüssigkristall-Copolymere
mit hohem Dichromismus bereitzustellen. Das U.S. Patent 5,055,602
beschreibt die Herstellung gewisser substituierter 1,4-Diaminoanthrachinon-Farbstoffe,
die polymerisierbare Acryloyl- und Methacryloylgruppen enthalten,
und ihre Verwendung beim Färben
von Polyacrylat-Kontaktlinsenmaterialien durch Copolymerisation.
-
Das
U.S. Patent 5,362,812 offenbart die Umwandlung einer Vielfalt von
Farbstoffklassen, einschließlich
Anthrachinonen, in polymere Farbstoffe durch (a) Polymerisieren
von 2-Alkenylazlactonen und Umsetzen des Polymers mit Farbstoffen,
die nukleophile Gruppen enthalten, und durch (b) Umsetzen eines
nukleophilen Farbstoffs mit einem Alkenylazlacton und dann Polymerisieren
der so erzeugten radikalisch polymerisierbaren Farbstoffe. Es wird
berichtet, dass die polymeren Farbstoffe für Photoresist-Systeme und für die Farbproof-Herstellung
nützlich
sind. Das U.S. Patent 5,367,039 offenbart ein Verfahren zur Herstellung
von gefärbten
Vinyl-Polymeren, die für
Druckfarben/Tinten, Anstrichmassen, Toner und dergleichen nützlich sind,
durch Emulsionspolymerisation eines Vinyl-Monomers mit reaktiven Anthrachinon-Farbstoffen,
die durch Funktionalisierung gewisser Anthrachinon-Farbstoffe mit
Methacryloylgruppen hergestellt sind.
-
Die
Herstellung einer Vielfalt von Farbstoffen, einschließlich einiger
Anthrachinone, die polymerisierbare Gruppen enthalten, und deren
Verwendung für
Farbfilter, die zur Verwendung in Flüssigkristall-Fernsehern, Farbkopierern,
Photoresist-Harzzusammensetzungen und dergleichen nützlich sind,
sind im U.S. Patent 5,578,419 beschrieben.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft thermisch stabile photopolymerisierbare Farbstoff-
oder Färbemittel-Verbindungen
mit der Formel I:
in der R Wasserstoff oder
Methyl ist, n für
2–3 steht
und Q eine photopolymerisierbare Gruppe ist, die aus den organischen
Resten 1–9
ausgewählt
ist:
- 1 -COC(R1)=CH-R2,
- 2 -CONHCOC(R1)=CH-R2,
- 3 -CONH-(C1-C6)-Alkylen-OCOC(R1)=CH-R2,
- 4
- 5 -COCH=CH-CO2R5,
- 6
- 7
- 8
- 9
worin
R1 aus Wasserstoff oder (C1-C6)-Alkyl ausgewählt ist;
R2 ausgewählt ist
aus Wasserstoff; (C1-C6)-Alkyl;
Phenyl; Phenyl, das mit einer oder mehreren Gruppen substituiert
ist, die aus (C1-C6)-Alkyl,
(C1-C6)-Alkoxy,
-N((C1-C6)-Alkyl)2, Nitro, Cyano, (C2-C6)-Alkoxycarbonyl, (C2-C6)-Alkanoyloxy
und Halogen ausgewählt
sind; 1- und 2-Naphthyl; 1- und 2-Naphthyl, die mit (C1-C6)-Alkyl oder (C1-C6)-Alkoxy substituiert sind; 2- und 3-Thienyl,
2- und 3-Thienyl, die mit (C1-C6)-Alkyl
oder Halogen substituiert sind; 2- und 3-Furyl und 2- und 3-Furyl,
die mit (C1-C6)-Alkyl
substituiert sind;
R3 und R4 unabhängig
aus Wasserstoff, (C1-C6)-Alkyl,
substituiertem (C1-C6)-Alkyl
und Aryl ausgewählt
sind; oder R3 und R4 vereinigt
sein können,
um einen -(CH2-)3-5-Rest
darzustellen;
R5 aus Wasserstoff oder
einer Gruppe ausgewählt
ist, die aus (C1-C6)-Alkyl,
substituiertem (C1-C6)-Alkyl, (C3-C8)-Alkenyl, (C3-C8)-Cycloalkyl
und Aryl ausgewählt
ist; und
R6 aus Wasserstoff, (C1-C6)-Alkyl und Aryl
ausgewählt
ist.
-
Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Beschichtungsmasse, die
(i) eine oder mehrere polymerisierbare Vinyl-Verbindungen, (ii)
eine oder mehrere der thermisch stabilen photopolymerisierbaren
Farbstoff- oder Färbemittel-Verbindungen
der Formel I und (iii) einen Photoinitiator umfasst. Eine dritte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft eine polymere Zusammensetzung,
typisch eine Beschichtungsmasse, die ein Polymer und einen oder
mehrere Acrylsäureester,
einen oder mehrere Methacrylsäureester
und/oder andere polymerisierbare Vinyl-Verbindungen umfasst, die
damit copolymerisiert eine oder mehrere der Farbstoffverbindungen
der Formel I aufweisen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
thermisch stabilen photopolymerisierbaren Farbstoffverbindungen
mit der Formel I stellen die erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dar. Der Ausdruck „(C1-C6)-Alkyl" wird hierin verwendet,
um einen gerad- oder verzweigtkettigen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
zu bezeichnen, der ein bis sechs Kohlenstoffatome enthält. Der
Ausdruck „substituiertes
(C1-C6)-Alkyl" wird verwendet,
um eine (C1-C6)-Alkylgruppe
zu bezeichnen, die mit einer oder mehreren Gruppen, bevorzugt einer
bis drei Gruppen, substituiert ist, die ausgewählt sind aus den Gruppen bestehend
aus Hydroxy, Halogen, Cyano, Aryl, Aryloxy, Arylthio, (C1-C6)-Alkylthio,
(C3-C8)-Cycloalkyl,
(C2-C6)-Alkanoyloxy
und -(O-R7-)p-R8, worin R7 ausgewählt ist aus
der Gruppe bestehend aus (C1-C6)-Alkylen,
(C1-C6)-Alkylenarylen,
Cyclohexylen, Arylen, (C1-C6)-Alkylen-cyclohexylen
und (C1-C6)-Alkylen-cyclohexylen-(C1-C6)-alkylen; und R8 ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, (C1-C6)-Alkoxy, Halogen, Hydroxy, Carboxy, (C2-C6)-Alkanoyloxy,
(C2-C6)-Alkoxycarbonyl,
Aryl und (C3-C8)-Cycloalkyl;
und p für
1, 2 oder 3 steht.
-
Der
Ausdruck „(C1-C6)-Alkylen" wird verwendet,
um einen gerad- oder verzweigtkettigen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest
zu bezeichnen, der ein bis sechs Kohlenstoffatome enthält und gegebenenfalls
mit einer bis zwei Gruppen substituiert sein kann, die aus (C1-C6)-Alkoxy, (C2-C6)- Alkanoyloxy, Hydroxy,
Aryl und Halogen ausgewählt
sind. Die Ausdrücke „(C1-C6)-Alkoxy", „(C2-C6)-Alkoxycarbonyl" und „(C2-C6)-Alkanoyloxy" werden verwendet,
um Reste zu bezeichnen, welche den Strukturen -OR9,
-CO2R9 bzw. -OCOR9 entsprechen, worin R9 für (C1-C6)-Alkyl oder
substituiertes (C1-C6)-Alkyl steht. Der
Ausdruck „(C3-C8)-Alkenyl" wird verwendet,
um einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest zu bezeichnen, der
mindestens eine Doppelbindung enthält und 3 bis 8 Kohlenstoffatome
aufweist.
-
Der
Ausdruck „(C3-C8)-Cycloalkyl" wird verwendet,
um einen gesättigten
carbocyclischen Kohlenwasserstoffrest mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen
zu bezeichnen, welcher gegebenenfalls mit mindestens einer (C1-C6)-Alkylgruppe
substituiert ist. Der Ausdruck „Halogen" wird verwendet, um Fluor, Chlor, Brom
und Iod zu bezeichnen. Der Ausdruck „Aryl" wird verwendet, um Phenyl und Phenyl
zu bezeichnen, das mit einem bis drei Substituenten substituiert
ist, die aus (C1-C6)-Alkyl,
(C1-C6)-Alkoxy,
(C2-C6)-Alkoxycarbonyl und
Halogen ausgewählt
sind.
-
Die
Vinyl-funktionalisierten roten Farbstoffe der Formel I werden durch
Umsetzen der Zwischenprodukt-Diolfarbstoffe der Formel II mit den
Acylierungsmitteln 1'–9' hergestellt.
- 1' ClCOC(R1)=CH-R2ORO[COC(R1)=CH-R2]2,
- 2' O=C=N-COC(R1)=CH-R2.
- 3' O=C=N-(C1-C6)-Alkylen-OCOC(R1)=CH-R2,
- 4'
- 5'
- 6'
- 7'
- 8'
- 9'
worin R1, R2, R3,
R4 und R6 wie vorstehend
definiert sind. Q ist vorzugsweise eine Gruppe mit der Formel -COC(R1)=CH2 oder worin R1 Wasserstoff
oder Methyl ist.
-
Zwischenprodukt-Diolverbindungen
mit der Formel II werden bevorzugt durch Umsetzung von entweder
1,5-Dichlor- oder 1,8-Dichloranthrachinon mit Zwischenprodukt-Aminoetheralkanolen
III hergestellt:
-
-
Die
Reaktion kann durch Erwärmen
der Dichloranthrachinon-Zwischenprodukte mit Aminen III bei Temperaturen
von etwa 125°C
bis etwa 165°C,
bevorzugt bei etwa 135°C
bis etwa 150°C,
durchgeführt
werden. Die Reaktionen werden durch die Anwesenheit von Basen gefördert, und
ein Überschuss
an Zwischenprodukt III ist wirksam; jedoch sind auch andere Basen,
wie Alkalimetallcarbonate, Alkalimetallbicarbonate und tertiäre Amine
nützlich.
Obwohl auch verschiedene Lösungsmittel
verwendet werden können,
sind Ethylenglycolmono-(C1-C4)-alkylether
als Lösungsmittel
besonders nützlich.
-
Die
Anthrachinon-Farbstoffverbindungen der Formel I, die Vinyl- oder
substituierte Vinylgruppen enthalten, sind polymerisierbar oder
copolymerisierbar, bevorzugt durch Radikalmechanismen, wobei die
Radikale durch Einwirkenlassen von UV-Licht mittels in der Technik
bekannter Verfahren zur Herstellung von UV-gehärteten Harzen erzeugt werden.
Die Polymerisation kann durch die Zugabe von Photoinitiatoren erleichtert werden.
Die gefärbten
Polymermaterialien werden normalerweise durch Lösen der funktionalisierten,
copolymerisierbare Gruppen enthaltenden Farbstoffe in einem polymerisierbaren
Vinyl-Monomer mit
oder ohne ein weiteres Lösungsmittel
und dann Vereinigen mit einem oligomeren oder polymeren Material
hergestellt, welches eine oder mehrere Vinyl- oder substituierte
Vinylgruppen enthält.
-
Die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Beschichtungsmasse, die (i)
eine oder mehrere polymerisierbare Vinyl-Verbindungen, d.h. Vinyl-Verbindungen,
die mit den Farbstoffverbindungen der Formel (I) copolymerisierbar
sind, (ii) eine oder mehrere der Farbstoffverbindungen der Formel
(I) und (iii) mindestens einen Photoinitiator umfasst. Die polymerisierbaren
Vinyl-Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind,
enthalten mindestens eine ungesättigte
Gruppe, die bei Einwirkung von UV-Strahlung in Anwesenheit eines
Photoinitiators eine Polymerisation eingehen kann, d.h. die Beschichtungsmassen sind
strahlungshärtbar.
Beispiele für
derartige polymerisierbare Vinyl-Verbindungen umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure und
deren Anhydrid; Crotonsäure;
Itaconsäure
und deren Anhydride; Cyanoacrylsäure
und deren Ester; Ester von Acryl- und Methacrylsäure, wie Allyl-, Methyl-, Ethyl-,
n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Tetrahydrofurfuryl-Cyclohexyl-, Isobornyl-,
n-Hexyl-, n-Octyl-, Isooctyl-, 2-Ethylhexyl-, Lauryl-, Stearyl-
und Benzylacrylat und -methacrylat; und Diacrylat- und Dimethacrylatester
von Ethylen- und Propylenglycol, 1,3-Butylenglycol, 1,4-Butandiol, Diethylen-
und Dipropylenglycol, Triethylen- und Tripropylenglycol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglycol,
Polyethylenglycol und Polypropylenglycol, ethoxyliertem Bisphenol
A, ethoxyliertem und propoxyliertem Neopentylglycol; Triacrylat-
und Trimethacrylatester von Tris-(2-hydroxyethyl)isocyanurat, Trimethylolpropan, ethoxyliertem
und propoxyliertem Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Glycerol, ethoxyliertem
und propoxyliertem Glycerol, Tetraacrylat- und Tetramethacrylatester
von Pentaerythrit und ethoxyliertem und propoxyliertem Pentaerythrit;
Acrylnitril; Vinylacetat; Vinyltoluol; Styrol; N-Vinylpyrrolidinon;
alpha-Methylstyrol; Maleat/Fumaratester, Malein/Fumarsäure, Crotonatester
und Crotonsäure.
-
Die
in der vorliegenden Erfindung nützlichen
polymerisierbaren Vinyl-Verbindungen umfassen Polymere, die ungesättigte Gruppen
enthalten, welche bei Einwirkung von UV-Strahlung in Anwesenheit
eines Photoinitiators eine Polymerisation eingehen können. Die
Herstellung und Anwendung dieser polymerisierbaren Vinyl-Verbindungen
sind dem Fachmann alle wohlbekannt, wie z.B. in Chemistry and Technology
of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints, Band II:
Prepolymers and Reactive Diluents, Webster, Herausgeber John Wiley
and Sons, London, 1997, beschrieben. Beispiele für derartige polymere polymerisierbare
Vinyl-Verbindungen umfassen Polyester mit Acrylat- und Methacrylat-Gruppen,
Polyether mit Acrylat- und Methacrylat-Gruppen, Epoxypolymere mit
Acrylat- und Methacrylat-Gruppen, Urethane mit Acrylat- und Methacrylat-Gruppen,
Polyacrylate mit Acrylat- und Methacrylat-Gruppen (Polymethacrylate)
und ungesättigte Polyester.
Die Polymere und Oligomere mit Acrylat- oder Methacrylat-Gruppen
werden typisch mit Monomeren vereinigt, die eine oder mehrere Acrylat-
oder Methacrylat-Gruppen enthalten, z.B. monomeren Acrylat- und Methacrylatestern,
und als reaktive Verdünnungsmittel
dienen. Die ungesättigten
Polyester, die durch in der Technik bekannte Standard-Polymerisationstechniken
hergestellt werden, werden am häufigsten
entweder mit Styrol oder mit anderen Monomeren vereinigt, welche
eine oder mehrere Acrylat- oder Methacrylat-Gruppen enthalten und
als reaktive Verdünnungsmittel
dienen. Eine zweite Ausführungsform
für die
Verwendung von ungesättigten
Polyestern, die in der Technik bekannt ist, beinhaltet die Vereinigung
des ungesättigten
Polyesters mit Monomeren, die zwei oder mehr Vinylether-Gruppen
oder zwei oder mehr Vinylester-Gruppen enthalten (WO 96/01283, WO
97/48744 und
EP 0322808 ).
-
Die
Beschichtungsmassen der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls ein oder
mehrere zugesetzte organische Lösungsmittel
enthalten, falls gewünscht,
um das Anwenden und Auftragen der Zusammensetzungen auf der Oberfläche von
Substraten zu erleichtern. Typische Beispiele für geeignete Lösungsmittel
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Ketone, Alkohole,
Ester, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Glycolether, Glycolester und
deren Mischungen. Spezielle Beispiele umfassen, ohne jedoch darauf
beschränkt
zu sein, Aceton, 2-Butanon, 2-Pentanon, Ethylacetat, Propylacetat,
Isopropylacetat, Butylacetat, Isobutylacetat, Ethylenglycoldiacetat,
Ethyl-3-ethoxypropionat, Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol,
Isopropylalkohol, Butylalkohol, Ethylenglycol, Propylenglycol, Ethylenglycolmonomethylether,
Ethylenglycolmonoethylether, Ethylenglycolmonopropylether, Ethylenglycolmonobutylglycol,
Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonobutylether,
Propylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonobutyletheracetat,
Diethylenglycolmonoethyletheracetat, Ethylenglycolmonobutyletheracetat, Propylenglycolmonomethyletheracetat,
Methylenchlorid, Chloroform und deren Mischungen. Die Menge an zugesetztem
oder fremdem Lösungsmittel,
die in unseren neuen Beschichtungsmassen vorliegen kann, kann im
Bereich von 1 bis 70 Gew.-%, typischer 1 bis 25 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Beschichtungsmasse, liegen.
-
Gewisse
polymerisierbare Vinyl-Monomere können sowohl als Reaktant als
auch als Lösungsmittel dienen.
Diese enthalten mindestens eine ungesättigte Gruppe, die bei Einwirkung
von UV-Strahlung in Anwesenheit eines Photoinitiators eine Polymerisation
eingehen kann. Spezielle Beispiele umfassen, ohne jedoch darauf
beschränkt
zu sein: Methacrylsäure,
Arylsäure,
Ethylacrylat und -methacrylat, Methylacrylat und -methacrylat, Hydroxyethylacrylat
und -methacrylat, Diethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat,
1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Neopentylglycoldiacrylat und -methacrylat,
Vinylether, Divinylether, wie Diethylenglycoldivinylether, 1,6-Hexandioldivinylether,
Cyclohexandimethanoldivinylether, 1,4-Butandioldivinylether, Triethylenglycoldivinylether,
Trimethylolpropandivinylether und Neopentyldivinylether, Vinylester,
Divinylester, wie Divinyladipat, Divinylsuccinat, Divinylglutarat,
Divinyl-1,4-cyclohexandicarboxylat,
Divinyl-1,3-cyclohexandicarboxylat, Divinylisophthalat und Divinylterephthalat,
N-Vinylpyrrolidon
und deren Mischungen.
-
Zusätzlich können die
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung in Wasser dispergiert
anstatt in einem Lösungsmittel
gelöst
werden, um die Auftragung auf die und Beschichtung der Substratoberfläche zu erleichtern.
In den in Wasser dispergierten Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung wird gegebenenfalls ein Hilfslösungsmittel verwendet. Typische
Beispiele für
geeignete Hilfslösungsmittel
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Aceton, 2-Butanon,
Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol, Ethylenglycolmonomethylether,
Etylenglycolmonoethylether, Ethylenglycolmonopropylether und Ethylenglycolmonobutylether, Ethylenglycol
und Propylenglycol. Typische Beispiele für wasserlösliche ethylenisch ungesättigte Lösungsmittel
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Methacrylsäure, Acrylsäure, N-Vinylpyrrolidon,
2-Ethoxyethylacrylat und -methacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat
Polypropylenglycolmonoacrylat und -monomethacrylat und deren Mischungen.
Die Menge an geeignetem wässrigem
organischem Lösungsmittel
(d.h. organischem Lösungsmittel
und Wasser) in den dispergierten Beschichtungsmassen der vorliegenden
Erfindung beträgt
10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% der Gesamt-Beschichtungsmasse.
-
Die
Beschichtungsmassen der vorliegenden Erfindung enthalten eine oder
mehrere der reaktiven Anthrachinon-Farbstoffverbindungen der Formel
I. Die Konzentration der Farbstoffverbindung oder -verbindungen
kann von 0,005 bis 30,0, bevorzugt 0,05 bis 15,0 Gew.-% betragen,
bezogen auf das Gewicht der in der Beschichtungsmasse vorliegenden
polymerisierbaren Vinylverbindung(en), d.h. der Komponente (i) der
Beschichtungsmassen. Die Beschichtungsmassen der vorliegenden Erfindung
enthalten normalerweise einen Photoinitiator. Die Menge des Photoinitiators
beträgt
typisch 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht der in der Beschichtungsmasse vorliegenden polymerisierbaren
Vinyl-Verbindung(en). Typische Photoinitiatoren umfassen Benzoin
und Benzoinether, wie sie unter den Handelsnamen ESACURE BO, EB1,
EB3 und EB4 von Fratelli Lamberti; VICURE 10 und 30 von Stauffer
auf dem Markt sind; Benzylketale, wie 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-on (IRGACURE 651),
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on (IRGACURE 1173), 2-Methyl-2-morpholino-1-(p-methylthiophenyl)propan-1-on
(IRGACURE 907), alpha-Hydroxyalkylphenone, wie (1-Hydroxycyclohexyl)(phenyl)methanon
(IRGACURE 184), 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-(4-morpholinophenyl)butan-1-on
(IRGACURE 369), 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on (IRGACURE
1173) von Ciba Geigy, Uvatone 8302 von Upjohn, alpha,alpha-Dialkoxyacetophenon-Derivate,
wie DEAP und UVATONE 8301 von Upjohn; DAROCUR 116, 1173 und 2959
von Merck und Mischungen von Benzophenon und tertiären Aminen.
In pigmentierten Beschichtungsmassen kann die Härtungsgeschwindigkeit durch
den Zusatz einer Vielfalt von Phosphinoxid-Photoinitiatoren, wie
Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid (Irganox 819), Irgacure
819, 1700, und 1700 und Phosphinoxid-Mischungen, wie einer 50/50
Gewichts-Mischung von IRGACURE 1173 und 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid
(DAROCUR 4265) von Ciba erhöht
werden. Weitere Einzelheiten hinsichtlich derartiger Photoinitiatoren
und Härtungsverfahren können in
der veröffentlichten
Literatur, wie dem U.S. Patent 5,109,097, hierin durch Bezugnahme
aufgenommen, gefunden werden. Abhängig von der Dicke des Überzugs
(Films), der Produktformulierung, des Photoinitiator-Typs, des Strahlungsflusses
und der Strahlungsquelle sind typisch Belichtungszeiten durch Ultraviolettstrahlung
von etwa 0,5 Sekunden bis etwa 30 Minuten (50–5000 mJ/cm2)
für die
Härtung
erforderlich. Die Härtung
kann auch durch Sonnenstrahlung, d.h. Sonnenschein, stattfinden.
-
Die
Beschichtungsmassen der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere zusätzliche
Komponenten enthalten, die typisch in Beschichtungsmassen anwesend
sind. Beispiele für
derartige zusätzlich
Komponenten umfassen Egalisiermittel, Viskositätsveränderer und Verlaufmittel, wie
Silicone, Fluorkohlenstoffe und Cellulose-Derivate; Mattierungsmittel;
Pigmentbenetzungs- und -dispergiermittel; Tenside; Ultraviolett- (UV-)
Absorptionsmittel; UV-Lichtstabilisatoren; tönende Pigmente; Entschäumungs- und Schaumverhütungsmittel,
Antiabsetz-, Antilackläufer-
und Viskositätserhöhungsmittel,
Hautverhütungsmittel,
Antiausschwimm- und Antiaufschwimmmittel; Fungizide und Schimmelverhütungsmittel;
Korrosionsinhibitoren; Verdickungsmittel und/oder Koaleszenzmittel.
Die Beschichtungsmassen der vorliegenden Erfindung können auch
nicht-reaktive modifizierende Harze enthalten. Typische nicht-reaktive modifizierende
Harze umfassen Homopolymere und Copolymere von Acryl- und Methacrylsäure; Homopolymere
und Copolymere von Alkylestern von Acryl- und Methacrylsäure, wie
Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-,
Isopropyl-, Butyl-, Tetrahydrofuryl-, Cyclohexyl-, Isobornyl-, n-Hexyl-,
n-Octyl-, Isooctyl-, 2-Ethylhexyl-,
Lauryl-, Stearyl- und Benzylacrylat und -methacrylat; Urethan-,
Epoxy- und Polyesterharze mit Acrylat- und Methacrylat-Gruppen,
Siliconarylate, Celluloseester, wie Celluloseacetatbutyrate, Celluloseacetate,
Celluloseacetatpropionate, Nitrocellulose, Celluloseether, wie Methylcellulose,
Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose.
-
Typische
Weichmacher umfassen Alkylester von Phthalsäure, wie Dimethylphthalat,
Diethylphthalat, Dipropylphthalat, Dibutylphthalat und Dioctylphthalat;
Citratester, wie Triethylcitrat und Tributylcitrat; Triacetin und
Tripropionin; und Glycerolmonoester, wie Eastman 18-04, 18-07, 18-92
und 18-99 von Eastman Chemical Company. Spezielle Beispiele für zusätzliche
Additive können
in Raw Materials Index, herausgegeben von der National Paint and
Coatings Association, 1500 Rhode Island Avenue, N. W., Washington,
D. C. 20005, gefunden werden.
-
Die
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung,
typisch ein polymeres Anstrichmittel, das ein Polymer von einem
oder mehreren Acrylsäureestern,
einem oder mehreren Methacrylsäureestern
und/oder anderen polymerisierbaren Vinyl-Verbindungen umfasst, mit
dem ein oder mehrere der Anthrachinon-Farbstoffverbindungen der
Formel I copolymerisiert sind. Die von unserer Erfindung bereitgestellten
gefärbten
polymeren Zusammensetzungen können
aus den oben beschriebenen Beschichtungsmassen hergestellt werden
und enthalten typisch 0,005 bis 30,0 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 15,0 Gew.-%
des reaktiven oder polymerisierten Rests einer oder mehrerer der
Farbstoffverbindungen der Formel (II), bezogen auf das Gewicht der
Zusammensetzung oder des Beschichtungsmittels. Die neuen polymeren Beschichtungen
können
eine Dicke von 2,5 bis 150 Mikrometer, typischer 15 bis 65 Mikrometer
aufweisen.
-
Die
polymeren Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weisen typisch
eine Lösungsmittelbeständigkeit
von mindestens 100 MEK-Doppelreibungen unter Verwendung des ASTM-Verfahrens
D-3732; bevorzugt eine Lösungsmittelbeständigkeit
von mindestens 200 Doppelreibungen auf. Derartige Beschichtungen weisen
auch typisch eine Bleistifthärte
von mehr als oder gleich F unter Verwendung des ASTM-Verfahrens D-3363,
bevorzugt eine Bleistifthärte
von mehr als oder gleich N auf. Die Beschichtungsmassen können mit einer
herkömmlichen
Beschichtungsausrüstung
auf Substrate aufgebracht werden. Die beschichteten Substrate werden
dann Strahlung wie Ultraviolettlicht an Luft oder unter Stickstoff
ausgesetzt, was eine gehärtete Oberfläche ergibt.
Quecksilberdampf- oder Xenon-Lampen sind für das Härtungsverfahren anwendbar.
Die Beschichtungen der vorliegenden Erfindung können auch durch Elektronenstrahl
gehärtet
werden.
-
Die
strahlungshärtbaren
Beschichtungsmassen dieser Erfindung sind als Klebstoffe und Beschichtungen
für solche
Substrate wie Metalle, wie Aluminium oder Stahl, Kunststoffe, Glas,
Holz, Papier und Leder geeignet. Auf Holzsubstraten können die
Beschichtungsmassen sowohl für
eine insgesamt transparente Farbe als auch eine Korndefiniton sorgen.
Verschiedene ästhetisch
ansprechende Wirkungen können
dadurch erzielt werden. Aufgrund von verringerter Faserverstärkung und
höheren
Filmdicken kann die Anzahl der erforderlichen Schleifschritte bei
der Produktion einer Oberflächen-Holzbeschichtung
verringert werden, wenn die gefärbten
Beschichtungsmassen der Erfindung anstelle von herkömmlichen
Holzbeizen verwendet werden. Beschichtungsmassen innerhalb des Bereichs
unserer Erfindung können
auf Automobil-Grundlacken aufgetragen werden, wo sie für verschiedene ästhetisch
ansprechende Wirkungen in Kombination mit den Grundlacken und Farbunterschiede
abhängig
vom Betrachtungswinkel (niedrigere Winkel schaffen längere Weglängen und
so höhere
beobachtete Farbintensitäten)
sorgen können.
Dies kann ähnliche
Lackeffekte bereitstellen, wie sie derzeit mit Metallflocken-Orientierung
in Grundlacken erzielt werden.
-
Verschiedene
zusätzliche
Pigmente, Weichmacher und Stabilisatoren können einverleibt werden, um gewisse
gewünschte
Merkmale in den fertiggestellten Produkten zu erhalten. Diese sind
im Bereich der Erfindung eingeschlossen.
-
BEISPIELE
-
Die
von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Anthrachinon-Farbstoffverbindungen
und Beschichtungsmassen werden weiter durch die folgenden Beispiele
erläutert.
-
BEISPIEL 1
-
Eine
Mischung von 1,5-Dichloranthrachinon (62,0 g, 0,223 Mol), 2-(2-Aminoethoxy)ethanol
(100 g, 0,95 Mol) und 2-Ethoxyethanol (275 ml) wurde etwa 22,0 Stunden
bei etwa 135°C
erwärmt
und gerührt.
Man ließ die
Reaktionsmischung abkühlen,
und die Feststoffbildung begann bei etwa 100°C, wonach Methanol (250 ml)
tropfenweise dazugegeben wurde, was die Temperatur auf etwa 35–40°C abnehmen
ließ.
Die dicke Aufschlämmung
wurde durch Vakuumfiltration filtriert, und der dunkelrote Festkörper wurde
gründlich
mit Methanol gewaschen und an Luft getrocknet (Ausbeute 68,8 g,
74,5% der theoretischen Ausbeute). Felddesorptions-Massenspektrumsanalyse
(FDMS) stützte
die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 511 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in Tetrahydrofuran (THF) beobachtet.
-
BEISPIEL 2
-
Eine
Portion des roten Diol-Farbstoffs von Beispiel 1 (4,14 g, 0,01 Mol),
5 g (0,025 Mol) 3-Isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisocyanat,
Toluol (30,0 ml) und 5 Tropfen Dibutylzinndilaurat wurden unter
Stickstoff bei etwa 60°C
gerührt
und erwärmt.
Nach etwa 6,0 Stunden zeigte Dünnschichtchromatographie
(DSC), dass das meiste des Diols reagiert hatte, aber etwas mono-umgesetztes
Produkt vorlag. Noch 1 ml 3-Isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisocyanat wurde
dazugegeben, und das Erwärmen
und Rühren
wurde etwa 8,0 Stunden lang bei etwa 85°C fortgesetzt. DSC zeigt im
Wesentlichen einen einzigen Fleck für das Produkt. Heptan (60 ml)
wurde unter fortgesetztem Erwärmen
dazugetropft. Nach etwa 1,0-stündigem
Rühren
bei etwa 80–85°C ließ man die gerührte Reaktionsmischung
auf Raumtemperatur abkühlen,
und das rote feste Produkt wurde durch Filtration gesammelt, mit
Hexan gewaschen und an Luft getrocknet (Ausbeute 8,1 g, 99,3% der
theoretischen Ausbeute). FDMS stützte
die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 511 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 3
-
Eine
Mischung von 1,5-Dichloranthrachinon (139,0 g, 0,50 Mol), Triethylenglycolmonoamin
(312,9 g, 2,1 Mol) und 2-Ethoxyethanol (550 ml) wurde etwa 24,0
Stunden bei etwa 135°C
erwärmt
und gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde auf etwa 50°C abkühlen gelassen, wonach eine
beträchtliche
Menge an festem Produkt kristallisiert war. Isopropanol (500 ml)
wurde rasch dazugetropft, was die Temperatur auf Raumtemperatur fallen
ließ.
Das rote Produkt wurde durch Vakuumfiltration gesammelt, mit Isopropanol
(400 ml) und dann mit Methanol (200 ml) gewaschen. Nach Trocknen
an Luft wog das Produkt 161 g (64,1% der theoretischen Ausbeute).
FDMS stützte
die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 511 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 4
-
Eine
Portion (5,02 g, 0,01 Mol) des Diol-Farbstoffs von Beispiel 3, 3-Isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisocyanat
(5 g, 0,025 Mol), Toluol (35 ml) und Dibutylzinnlaurat (6 Tropfen)
wurden gemischt und unter Rühren etwa
20 Stunden bei 80°C
unter Stickstoff erwärmt.
DSC zeigte eine vollständige
Umsetzung. Heptan (50 ml) wurde dazu getropft, während man immer noch erwärmte. Das
Rühren
und Erwärmen
bei etwa 80°C
wurden für
etwa 1 Stunde fortgesetzt, und dann ließ man die Mischung über Nacht
bei Raumtemperatur stehen. Der rote Festkörper wurde durch Filtration
gesammelt, mit Heptan gewaschen und an Luft getrocknet (Ausbeute 9,0,
99,2% der theoretischen Ausbeute). FDMS stützte die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 512 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 5
-
Eine
Portion des Diol-Farbstoffs von Beispiel 3 (7,0 g, 0,014 Mol), Aceton
(50 ml), 4-Dimethylamonopyridin (2,0 g), Triethylamin (25,0 g) und
Hydrochinonmonomethylether (0,5 g) wurden gemischt und unter Rühren auf
60–65°C erwärmt. Methacrylsäureanhydrid
(15,0 g, 0,097 Mol) wurde tropfenweise über 30 Minuten dazugegeben,
und das Erwärmen
wurde 30 Minuten fortgesetzt. Die Wärme wurde entfernt, und Wasser (200
ml) wurde über
eine 1,0-stündige
Zeitspanne dazugetropft. Das Produkt trennte sich als Öl ab und
haftete am Kolben an. Die wässrige
Portion wurde abdekantiert, und das ölige Produkt wurde in einer
Aceton/Methanol-Mischung gelöst.
Nach Gießen
dieser Lösung
in Wasser und Rühren über Nacht
wurde ein festes Produkt erhalten, das durch Filtration gesammelt,
mit Wasser gewaschen und an Luft getrocknet wurde. Das Produkt wies
mittels FDMS die folgende Struktur auf:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 511 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 6
-
Eine
Portion des Diol-Farbstoffs von Beispiel 1 (10,0 g, 0,024 Mol),
Methacrylsäureanhydrid
(25,0 g, 0,16 Mol) N,N-Dimethylformamid (40 g), Triethylamin (25
g), 4-Dimethylaminopyridin (2 g) und Mono-t-butylhydrochinon (0,5 g) wurden gemischt
und 1,0 Stunden bei etwa 60°C
erwärmt
und gerührt.
DSC (5:1 Vol./Vol. Ethylacetat:Heptan) zeigte eine vollständige Umsetzung
an. Die Wärme
wurde entfernt, und Wasser (250 ml) wurde unter Rühren zu
der Reaktionsmischung getropft, was die Temperatur fallen ließ. Der ausgefallene
rote Festkörper
wurde durch Filtration gesammelt, mit Wasser gewaschen und an Luft
getrocknet. Er wies die folgende Struktur auf, wie durch FDMS belegt:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 511 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 7
-
Eine
Mischung von 1,8-Dichloranthrachinon (27,7 g, 0,10 Mol), 2-(2-Aminoethoxy)ethanol
(45,2 g, 0,42 Mol) und 2-Ethoxyethanol (140 ml) wurde etwa 21 Stunden
bei etwa 135°C
erwärmt
und gerührt.
DSC (75/25 THF/Cyclohexan) zeigte hauptsächlich Produkt, aber eine kleine
Menge an Ausgangsmaterial und etwas mono-umgesetztes Produkt verblieben.
Zusätzliches
2-(2-Aminoethoxy)ethanol (10,5 g, 0,10 Mol) wurde dazugegeben, und
das Erwärmen
wurde etwa 20 Stunden fortgesetzt. Man ließ die Reaktionsmischung abkühlen, und
Methanol (250 ml) wurde unter Rühren
dazugetropft. Das ausgefallene Produkt wurde durch Filtration gesammelt,
mit Methanol gewaschen und an Luft getrocknet (Ausbeute 8,7 g, 21%
der theoretischen Ausbeute). FDMS stützte die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 538 nm wurde im UV-VIS-Spektrum in THF beobachtet.
-
BEISPIEL 8
-
Eine
Portion des Diol-Farbstoffs aus Beispiel 7 (4,14 g, 0,01 Mol), Toluol
(35 ml), 3-Isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisocyanat
(5,0 g, 0,025 Mol) und Dibutylzinndilaurat (6 Tropfen) wurden 3,5
h bei etwa 85°C
unter Stickstoff erwärmt
und gerührt.
Unter Rühren
wurde Heptan (50 ml) bei etwa 80–85°C dazugegeben, während man
immer noch heizte. Nachdem man allmählich auf Raumtemperatur hat
abkühlen
lassen, wurde die Reaktionsmischung durch Vakuumfiltration filtriert,
und der dunkelrote Festkörper
wurde mit Heptan gewaschen und an Luft getrocknet (Ausbeute 7,5
g, 92% der theoretischen Ausbeute). FDMS stützte die folgende Struktur:
-
-
Ein
Absorptionsmaximum bei 538 nm wurde im UV-VIS-Absorptionsspektrum
in THF beobachtet.
-
Zusätzliche
Beispiele (Beispiele 9–34)
der Anthrachinon-Farbstoffverbindungen der Formel (I) sind in den
Tabellen I und II aufgeführt.
-
-
-
Proben
der Beschichtungsmassen können
verwendet werden, um Glasplatten unter Verwendung einer Messerklinge
zu beschichten. Die Nassfilmdicke beträgt typisch etwa 15 bis 75 Mikrometer
(0,6 bis 3,0 Mil). Jegliches vorhandene Lösungsmittel wird verdampft,
was einen klaren, etwas klebrigen Film ergibt. Vor der Einwirkung
von UV-Strahlung ist jeder Film leicht in organischen Lösungsmitteln
löslich.
Der getrocknete Film auf der Glasplatte wird UV-Strahlung aus einer
200 Watt pro Inch-Mitteldruck-Quecksilberdampflampe
in einem Gehäuse
eines American Ultraviolet Company-Instruments unter Verwendung
einer Förderbandgeschwindigkeit
von 25 ft. pro Minute ausgesetzt. Ein bis fünf Durchgänge unter der Lampe liefern
normalerweise eine vernetzte Beschichtung mit maximaler Härte und
Lösungsmittelbeständigkeit.
-
Jede
gehärtete
Beschichtung (jeder gehärtete
Film) kann bezüglich
König-Pendelhärte (ASTM
D4366 DIN 1522), Lösungsmittelbeständigkeit
durch den Methylethylketon-Doppelreibungstest und Löslichkeit
in Aceton vor und nach Einwirkung von UV-Strahlung bewertet werden.
Die Dämpfungszeit
für die
König-Pendelhärte auf
unbeschichtetem Glas beträgt
250 Sekunden; Beschichtungen mit einer Härte von mehr als 100 Sekunden
werden im Allgemeinen als harte Beschichtungen angesehen. Der Methylethylketon-
(MEK-) Doppelreibungstest wird gemäß dem ASTM-Verfahren D-3732
durchgeführt,
indem man ein Stück
Gaze mit Methylethylketon sättigt
und die Beschichtung mit mäßigem Druck
hin und zurück
reibt. Die Zahl der Doppelreibungen wird gezählt, bis die Beschichtung entfernt
ist. Der Aceton-Löslichkeitstest
wird durchgeführt,
indem man eine trockene, vorgewogene Probe des gehärteten Films
48 Stunden bei 25°C
in Aceton eintaucht. Der Film wird entfernt, 16 Stunden bei 60°C in einem
Umluftofen getrocknet und wieder gewogen. Die Gewichtsprozent des verbleibenden
unlöslichen
Films werden aus den Daten berechnet.
-
Die
von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Beschichtungen und
Beschichtungsmassen und deren Herstellung werden weiter durch das
folgende Beispiel erläutert.
Eine gefärbte
polymerisierbare Zusammensetzung wurde hergestellt, indem man 0,5
g des roten Farbstoffs von Beispiel 2 mit einer Beschichtungsmasse,
die aus 20 g Jägalux
UV1500-Polyesteracrylat, 10 g Bisphenol A-Epoxyacrylat, 9 g Dipropylenglycoldiacrylat
(DPGDA), 7 g Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) und 4 g Darocure
1173-Photoinitiator
bestand, unter Verwendung eines kleinen Cowles-Mischers gründlich mischte,
bis die Komponenten vollständig
dispergiert waren. Die resultierende Beschichtungsmasse, die 1%
der roten Farbstoffverbindung enthält, wird mit einem drahtumwickelten
Stab so aufgetragen, dass eine 25,4 Mikrometer (1 Mil) dicke Beschichtung
auf einer Eichenholzplatte bereitgestellt wird. Diese Platte wird
mit einer Geschwindigkeit von 6,1 Metern pro Minute (20 Fuß/Minute)
durch eine UV-Härtungsmaschine
unter Verwendung einer Lampe mit einer Intensität von 118,1 Watt pro cm (300
Watt pro Inch) geleitet. König-Pendelhärte-Messungen
(ASTM D4366 DIN 1522), die mit der beschichteten Platte durchgeführt wurden,
zeigen typisch keinen signifikanten Härteverlust aufgrund der Einverleibung
des Farbstoffs.