JP2019528331A - フルオレン類光開始剤、その製造方法、それを有する光硬化性組成物、及び光硬化分野におけるフルオレン類光開始剤の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
製造実施例1
(1)置換反応:中間体1aの製造。
500mLの四つ口フラスコに原料1a 36.5g、N−ブロモスクシンイミド 18g、炭酸プロピレン 100mLを加え、室温で撹拌し、原料が変化しないまで反応を液相追跡(liquid phase tracking)した。次いで、材料を1000gの脱イオン水にゆっくり注入し、加えながら撹拌し、大量の固体を析出し、吸引ろ過、水洗、無水エタノールにより37.2gの中間体1aを得た。合成ルートは以下のとおりである。
1H−NMR(CDCl3,500MHz):0.9146〜1.0002(6H,t),1.2878〜1.3328(8H,m),1.4844(6H,s),1.8754〜2.1045(5H,m),7.5801〜8.0837(6H,m)。
MS(m/z):444(M+1)+。
500mLの四つ口フラスコに中間体1a 22.2g、メタノール 50mL、ナトリウムメチラート 14.0gを加え、室温で撹拌し、原料の量が変化しないまで反応を液相追跡した。次いで、反応液を500mLの脱イオン水に注入し、生成物を析出し、水洗、メタノールで再結晶させ、15.5gの白色固体、すなわち化合物1を得た。合成ルートは以下のとおりである。
1H−NMR(CDCl3,500MHz):1.6642(6H,s),2.0629 (6H,s),7.3080〜7.8346(7H,m)。
MS(m/z):3:95 (M+1)+。
置換反応:中間体2aの製造。
500mLの四つ口フラスコに原料2a 35.0g、N−ブロモスクシンイミド 18g、炭酸プロピレン 100mLを加え、室温で撹拌し、原料が変化しないまで反応を液相追跡した。次いで、材料を1000gの脱イオン水にゆっくり注入し、加えながら撹拌し、大量の固体を析出し、吸引ろ過、水洗、無水エタノールにより36.8gの中間体2aを得た。合成ルートは以下のとおりである。
1H−NMR(CDCl3,500MHz):1.3629(6H,s),1.6578 (6H,s),2.3899−2.3835(4H,t),3.6703−3.6801(4H,t) ,7.5481−7. 8997(6H,m)。
MS(m/z):429(M+1)+ 。
500mLの四つ口フラスコに中間体2a 21.4g、キシレン 50mL、ナトリウムメチラート 14.0gを加え、100℃で加熱還流し、減圧条件下(1Mpa)で反応させ、原料の量が変化しないまで反応を液相追跡した。次いで、反応液を500mLの脱イオン水に注入し、生成物を析出し、水洗、メタノールで再結晶させ、16.7gの白色固体、即ち化合物2を得た。合成ルートは以下のとおりである。
1H−NMR(CDCl3,500MHz):1.3702(6H,s),1.6695(6H,s),2.3693〜2.3742(4H,t),2.8994〜2.9347(4H,m),3.6548〜3.6775(8H,m),6.8303〜7.9403 (6H,m);
MS(m/z):435 (M+1)+。
異なる原料を用い、実施例1又は2の合成方法を参照して、構造が異なる化合物3〜20を製造することができ、かつ、化合物3〜20の構造は表1に示している。
上記フルオレン類光開始剤の性能をさらに検証するために、それを塗料組成物又はインク組成物に作製した後に性能評価を行い、塗料組成物の組成を表2及び3に示し、インク組成物の組成を表4及び5に示す。
EA:エポキシアクリル樹脂 FB9801;
PUA:ポリウレタンアクリル樹脂 MR−1305;
PEA:ポリエステルアクリル樹脂 TSG−2305;
TPGDA:トリプロピレングリコールジアクリラート;
TMPTA:トリメチロールプロパントリアクリラート;
黄色顔料:ベンジジンイエロー YH1200;
化合物A:式(VI)で示される構造を有する。
成膜:表2〜5に示す組成を参照して原料を用意し、上記原料を暗室で均一に撹拌した。撹拌した原料をPETフィルムの上に放置し、塗布用バーにより塗布して膜を形成し、膜厚が約25μmであった。上記方法により、試料シート1から34(実施例1から28の組成物に対応)及び比較シート1から4(比較例1から4の組成物に対応)を順次に得た。コート層が塗布されたPETフィルムをクローラ型露光機(RW−UV.70201,波長300〜500nm)に放置して露光させ、1回あたりの露光で受けたエネルギーが80mJ/cm2であり、各グループの組成が完全硬化されるのに必要な最低エネルギーを記録した。
(製造実施例)
(1)生成物1aの製造:
MS(m/z):285(M+1)+,1H−NMR(CDCl3,500MHz):2.3540(3H,s),3.8721(2H,s),7. 1701−7.8411(11H,m)。
MS(m/z):385(M+1)+ ,1H−NMR(CDCl3,500MHz):1.2996−1.3025(3H,m),2.3535(3H,s),3.8757(2H,s),4.19543−4.2103(2H,m)7. 1686−8.0943(10H,m)。
MS(m/z):483(M+1)+ ,1H−NMR(CDCl3,500MHz):0.9655−0.97231(3H,t),1.2897−1.3305(12H,m),1.5677−1.5708(2H,m),2.3546(3H,s),3.8777(2H,s),4.1607−4.1702(2H,t)7. 1659−8.0902(10H,m)。
例示的な放射線硬化性組成物を調製し、同様な処方を利用して、本発明式(I)及び式(II)で示される光開始剤、及び従来のベンゾフェノン類及びベンゾイルホルメート類開始剤の、インク製造への使用性能を評価した。
表10の処方で放射線硬化性組成物を製造し、常用のベンゾフェノン類及びホルミルフォルメート類開始剤と本発明に係る光開始剤とを比較した。重量%(wt%)は放射線硬化性組成物の総重量に基づいくものである。
<感度の測定>
光硬化性組成物を黄色光ランプ下で撹拌し、材料を取り出してPETテンプレート上にロールコーディングし、膜厚が約20μmの塗膜を形成した。クローラ型露光により、マスク板を重ね合わせ、それぞれ高圧水銀灯(露光機型番RW−UV70201,波長200−500nm,光強度100mW/cm2)及びLED灯(藍譜里克社製のLP300w,波長395nm、光強度100mW/cm2)により放射を行い、塗膜が完全硬化されるのにクローラを通過する必要な回数で評価し、測定結果を表11に示す。
上記高圧水銀灯下で作製された硬化膜に対してRW−UV.2BP紫外線老化試験箱により老化実験を行い、光源は高圧水銀灯(主波長365nm,総出力:約2.2KW)であり、硬化膜を6h連続照射し、硬化膜の黄変状況を観察し、以下の基準に従って評価を行い、表11に示す。
◇:無色透明で、表面が滑らかで、非常に良い耐黄変性能を有することを示す;
□:淡黄色又は表面にべたつきがあり、耐黄変性能が理想的ではないことを示す;
◆:表面が黄色いか、あるいは粘度が増大し、黄変しやすいことを示す。
同じ重量で、上記光硬化性組成物から高圧水銀灯下で作製された硬化膜を秤量し、煽り嗅ぐ法(fan−smelling)によりその臭気性を評価した。次いで、細かく切断した後に、同様な体積のメタノール溶液に入れて、室温で24hシールの状態で浸漬し、メタノール溶液中に開始剤の存否を液体クロマトグラフィー(移動相メタノール/水=80/20)で検出し、以下の基準に従って評価を行った。
◇臭気なし;
◆臭気あり。
(2)遷移性:
◇:開始剤の存在が検出されず、遷移しにくいことを示す;
◆:開始剤の存在が検出され、遷移性に改善の余地があることを示す。
Claims (29)
- 式(I)で示される構造を有し、または、式(II)で示される構造を含むことを特徴とするフルオレン類光開始剤。
前記R1及び前記R1’は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、C1〜C20直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、C2〜C20鎖状アルケニル基、又はC3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基からなる群より選ばれる。
前記R2及び前記R3は、それぞれ独立にC1〜C20直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、C3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基、C6〜C20アリール基からなる群より選ばれるか、あるいは前記R2及び前記R3は結合してC3〜C8シクロアルキル基を形成する。
前記Xは、−A−(X’)n(ただし、Aは、ヘテロ原子から選択され、前記ヘテロ原子は、O、N又はSからなる群より選択される。X’は、C1〜C20直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、C3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基からなる群より選ばれるか、あるいは、前記X’における炭素原子のうちの1個又は複数個が前記ヘテロ原子により置換されている。nは1又は2である。)である。
前記R4は、ヒドロキシ基又はN−モルホリニル基である。]
前記R5、前記R6は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び鎖状基からなる群より選ばれるいずれか1種である。前記鎖状基は、C1−C20直鎖アルキル基、C1−C20分岐鎖アルキル基もしくはC1−C20シクロアルキル基、C4−C20シクロアルキルアルキル基、C4−C20アルキルシクロアルキル基及びC2−C20アルケニル基であるか、あるいは、前記R5及びR6は、前記鎖状基のうちのいずれか1種又は2種で環を形成し、かつ前記鎖状基における−CH2−が−O−、−C(=O)O−、ハロゲン原子、又はフェニル基により置換されてもよい。
Arは、芳香環もしくは複素芳香環を含む置換基である。]
R7は、前記式(II)で示される基の結合手と結合する。前記R7は、水素原子、−C(=O)R7’基、又は−C(=O)C(=O)O−R7’基(ただし、当該R7’は置換又は無置換のC1−C40直鎖アルキル基、C1−C40分岐鎖アルキル基、C1−C20シクロアルキル基、C1−C40鎖状アルケニル基、芳香環もしくは複素芳香環を含有する置換基を表す。)であるか、あるいは、前記R7は、−C(=O)C(=O)O−R7’基(ただし、当該R7’基は、アルコールもしくは多価アルコールがエステル交換反応により結合されている基である。)である。 - 前記式(I)中、前記R1及び前記R1’は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、C1〜C10直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、又はC3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基からなる群より選ばれ、
好ましくは、前記R1及び前記R1’は、それぞれ独立に水素原子、C1〜C4直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、又はC3〜C6シクロアルキル基により置換されているC1〜C3アルキル基からなる群より選ばれる、ことを特徴とする請求項1に記載のフルオレン類光開始剤。 - 前記式(I)中、前記R2及び前記R3は、それぞれ独立にC1〜C10直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、又はC3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基からなる群より選ばれるか、あるいは、前記R2及び前記R3は結合してC3〜C10シクロアルキル基を形成し、
好ましくは、前記R2及び前記R3は、それぞれ独立にC1〜C4直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、又はC4〜C8シクロアルキルアルキル基からなる群より選ばれるか、あるいは、前記R2及び前記R3は結合してC3〜C6シクロアルキル基を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載のフルオレン類光開始剤。 - 前記式(I)中、前記X’は、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はシクロペンチル基からなる群より選ばれる、ことを特徴とする請求項1に記載のフルオレン類光開始剤。
- 原料a、臭素化試薬及び第1の有機溶媒を臭素化反応させ、中間生成物bを得る臭素化反応と、
前記中間生成物b、置換試薬及び第2の有機溶媒を置換反応させ、前記フルオレン類光開始剤を得る置換反応と、を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の式(I)で示される構造を有するフルオレン類光開始剤の製造方法。
前記原料aは、式(III)で示される構造を有し、前記中間生成物bは、式(IV)の構造を有する。
- 前記臭素化試薬は、N−ブロモスクシンイミド、臭化水素酸、臭素及びジブロモヒダントインからなる群より選ばれる1種又は多種であり、好ましくは、前記置換試薬は、XONaであり、前記Xは−A−(X’)n(ただし、Aはヘテロ原子から選択され、前記ヘテロ原子はO、NまたはSからなる群より選ばれ、前記X’はC1〜C20直鎖もしくは分岐鎖アルキル基、C3〜C8シクロアルキル基、C3〜C8シクロアルキル基により置換されているC1〜C10アルキル基からなる群より選ばれるか、あるいは、前記X’における炭素原子のうちの1個又は複数個が前記ヘテロ原子により置換される。nは1または2である。)であることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 前記臭素化反応において、前記第1の有機溶媒は極性溶媒であり、好ましくは炭酸プロピレンであることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 前記臭素化反応の温度が10〜60℃であり、好ましくは25℃であることを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
- 前記第2の有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ベンゼン、及びキシレンからなる群より選ばれる1種又は多種であることを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の製造方法。
- 光開始剤及び光重合性モノマーを含み、前記光開始剤は請求項1から5のいずれか1項に記載の式(I)で示される構造を有するフルオレン類光開始剤であり、前記光重合性モノマーはアルケニル基含有化合物及び/又はエポキシ化合物であることを特徴とする塗料組成物。
- 前記光重合性モノマーはアクリレート類化合物であり、好ましくは、前記光重合性モノマーはエポキシアクリル樹脂オリゴマー、ポリウレタンアクリル樹脂オリゴマー及びポリエステルアクリル樹脂オリゴマーからなる群より選ばれる1種又は多種であることを特徴とする請求項11に記載の塗料組成物。
- 重量部で、助剤をさらに含み、前記助剤は、溶媒、表面調整剤、感光剤、増感剤、硬化促進剤、光架橋剤、光増感剤、感光性樹脂、分散助剤、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、熱重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、界面活性剤及び連鎖移動剤からなる群より選ばれる1種又は多種であることを特徴とする請求項11又は12に記載の塗料組成物。
- 光開始剤、光重合性モノマー及び顔料を含み、前記光開始剤は請求項1から5のいずれか1項に記載の式(I)で示される構造を有するフルオレン類光開始剤であり、前記光重合性モノマーはアルケニル基含有化合物及び/又はエポキシ化合物であることを特徴とするインク組成物。
- 前記光重合性モノマーはアクリレート類化合物であり、好ましくは、前記光重合性モノマーはエポキシアクリル樹脂オリゴマー、ポリウレタンアクリル樹脂オリゴマー及びポリエステルアクリル樹脂オリゴマーからなる群より選ばれる1種又は多種であることを特徴とする請求項14に記載のインク組成物。
- 重量部で、助剤をさらに含み、前記助剤は溶媒、表面調整剤、感光剤、増感剤、硬化促進剤、光架橋剤、光増感剤、感光性樹脂、分散助剤、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、熱重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、界面活性剤及び連鎖移動剤からなる群より選ばれる1種又多種であることを特徴とする請求項14又は15に記載のインク組成物。
- 前記式(II)中、前記鎖状基はC1−C10直鎖アルキル基、C1−C10分岐鎖アルキル基又はC4−C10シクロアルキルアルキル基であることを特徴とする請求項1に記載のフルオレン類光開始剤。
- 前記式(II)中、前記Arはフェニル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、メトキシフェニル基、ニトロフェニル基、シアノフェニル基、ジフェニルスルフィド基、ピリジニル基、チエニル基、フラニル基、2−メチル−チエニル基、3−メチルチエニル基、フラニル基、2−メチル−フラニル基又は3−メチルフラニル基であることを特徴とする請求項1に記載のフルオレン類光開始剤。
- 前記R7は、−C(=O)C(=O)O−R7’基であり、前記フルオレン類光開始剤は下記の式(V)で示される構造を有することを特徴とする請求項1、17及び18のいずれか1項に記載のフルオレン類光開始剤。
前記Aは、−(Q−CHR9)m−(ただし、R9は水素原子、メチル基又はエチル基であり、前記QはO、又は連結記号を表し、ただし、前記連結記号は−(CHR9)mとOとが直接結合することを表し、mは1〜6の整数である。)構造を有する繰り返し単位である。
前記nは1〜20の整数を表す。] - 式(V)中、前記Aは−[(Q−CHR9)m]y−(ただし、前記R9は水素原子又はメチル基であり、mは1〜3の整数であり、yは1〜9の整数を表す。)から選択されることを特徴とする請求項19に記載のフルオレン類光開始剤。
- 式(V)中、前記nは1〜8の整数であり、好ましくは1、2、3、4、5又は6であることを特徴とする請求項19に記載のフルオレン類光開始剤。
- 構造式Aを有する原料aと構造式Bを有する原料bとをフリーデルクラフツ反応させ、構造式Cを有する中間体cを得る工程S1と、
前記中間体cと構造式Dを有する原料dとをフリーデルクラフツ反応させ、構造式Eを有する中間体eを得る選択可能な工程S2と、
前記中間体eと構造式Fを有するアルコールもしくは多価アルコールとをエステル交換反応させ、前記フルオレン類光開始剤を得る選択可能な工程S3と、を含むことを特徴とする請求項1、17から22のいずれか1項に記載の式(II)で示される構造を含むフルオレン類光開始剤の製造方法。
前記構造式Aは
- 前記工程S1及び前記工程S2のフリーデルクラフツ反応は、三塩化アルミニウム又は塩化亜鉛及び溶媒の存在下で行われ、好ましくは前記工程S1及び前記工程S2のフリーデルクラフツ反応の反応温度がそれぞれ独立に−10〜40℃であることを特徴とする請求項23に記載の製造方法。
- 前記工程S3において、触媒及び重合禁止剤の作用下、前記エステル交換反応を行い、好ましくは前記触媒は1種又は複数種のチタン酸類化合物であり、より好ましくは前記触媒は、2−エチルヘキシルチタネート、テトラメチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトライソブチルチタネート、テトラキス(2−エチルヘキシル)チタネートからなる群より選ばれる1種又は多種であり、好ましくは前記重合禁止剤は、p−ヒドロキシアニソール、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、ヒドロキノン、カテコール、p−t−ブチルカテコール、メチルヒドロキノン、p−メトキシフェノール、フェノチアジン及びトリフェニルホスフィンからなる群より選ばれる任意の1種である、ことを特徴とする請求項23に記載の製造方法。
- 前記工程S3において、前記中間体eと構造式Fを有するアルコールもしくは多価アルコールとのモル比がn:1であり、好ましくは触媒の重量が材料の総重量に対して3〜10‰であり、より好ましくは前記重合禁止剤の重量が前記材料の総重量に対して3〜10‰であり、さらに好ましくは前記エステル交換反応の温度が70〜130℃、反応時間が1〜8hである、ことを特徴とする請求項25に記載の製造方法。
- 光開始剤を含む光硬化性組成物であって、前記光開始剤は請求項1、17から27のいずれか1項に記載の式(II)で示される構造を含むフルオレン類光開始剤である、ことを特徴とする光硬化性組成物。
- 請求項1、17から27のいずれか1項に記載の式(II)で示される構造を含むフルオレン類光開始剤の、光硬化分野への使用。
- 塗料、インク、接着剤、カラーレジスト、ブラックマトリクス、フォトスペーサ、リブ、ドライフィルム及び/又は半導体フォトレジストへの使用を含む、ことを特徴とする請求項28に記載の使用。
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