JPH04305574A - 共重合性ベンジルケタール光重合開始剤 - Google Patents

共重合性ベンジルケタール光重合開始剤

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JPH04305574A
JPH04305574A JP3128199A JP12819991A JPH04305574A JP H04305574 A JPH04305574 A JP H04305574A JP 3128199 A JP3128199 A JP 3128199A JP 12819991 A JP12819991 A JP 12819991A JP H04305574 A JPH04305574 A JP H04305574A
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JP3128199A
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Gerhard Greber
ゲルハルト グレバー
Eike Poetsch
ペーチュ アイケ
Joerg Dr Ohngemach
イェルク オーゲンマッハ
Manfred Dr Koehler
マンフレード カーラ
Heinrich Dr Gruber
ハインリッヒ グルーバー
Robert Dr Klos
ローベルト クロス
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Ciba Geigy AG
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    • C07C45/71Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reactions not involving the formation of >C = O groups by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton by increase in the number of carbon atoms by reaction with functional groups containing oxygen only in singly bound form being hydroxy groups
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ベンジルケタール型
の新規な光重合開始剤に関するが、これは、ケタールア
ルコール基がアクリルまたはアリル型のエチレン性不飽
和基を含む分子構造をとるものである。これらの化合物
は、これらの化合物を含むエチレン性不飽和化合物また
はバインダー系の光重合用の共重合性光重合開始剤とし
て使用される。これらには、既知の光重合開始剤以上に
予期せぬ面で多くの利点がある。  光化学的に引き起
こされる重合反応は、産業上、特に例えば、紙、木材、
金属およびプラスチック上でのペイント塗料およびプラ
スチック塗料の硬化、または印刷インキの乾燥といった
薄層塗膜の急速硬化において極めて高い重要性をもたら
した。これらの領域では、光重合開始剤存在下の光硬化
は、原料およびエネルギーの節約、支持体への低温塗布
、特に処理速度面で塗膜の乾燥または硬化のための従来
の方法とは異なっている。しかし一般に、適当な不飽和
モノマーである出発原料を重合することによるポリマー
材料の調製は、しばしば溶液および乳化重合といった従
来の方法によって、光重合開始剤を用いて光化学的に行
われている。
【0002】上記の反応において、一般にいずれの反応
体も光化学的に有効な十分量の光を吸収することができ
ないので、高エネルギーの光、一般には紫外線を吸収し
て同時に活性な開始剤の遊離基を形成し得る光重合開始
剤、または遊離基を形成するために吸収されたエネルギ
ーを重合性反応体の1つに転移し得る光重合開始剤を添
加する必要がある。この場合、開始剤は、通常、実際の
重合反応の成分ではない。
【0003】この目的にふさわしい従来型の光重合開始
剤としては、ベンゾフェノン、ベンジルまたはチオキサ
ントンといった芳香族ケトン型の化合物;ベンゾインエ
ーテル、ベンジルケタール、ジアルコキシアセトフェノ
ンまたはヒドロキシアルキルフェノンといったα−置換
アルキルフェノン型の化合物、およびこれらの誘導体が
好ましい。
【0004】芳香族ケトン型の光重合開始剤は、「分子
間水素吸収体」の群に属し、α−置換アルキルフェノン
型の光重合開始剤は、「分子内α−脱離体」に属する。 放射によって励起されて、励起3重項状態に遷移した後
、分子内でα−脱離体が分解して、2種類の活性な開始
剤である遊離基が生じる。分子間水素吸収体は、有効な
共開始剤が必要であって、そのためにアミンが一般に用
いられ、吸収体はそこから、励起3重項状態の水素原子
を吸収して、活性な開始剤遊離基が形成される。  塗
布技術の領域では、方法および製品の多様性と専門性に
よって、ポリマー材料および現場サイドでの問題解決に
対する絶え間ない要求が生じ、これとともに光重合開始
剤に関する特別の要求が増している。したがって、既知
の光重合開始剤では、今日それらに課せられた要求を満
たさない場合が多く、少なくとも最適な解決策は望めな
い。
【0005】この領域での重要な課題は、特に、厚い塗
布および顔料系において光重合開始剤で最大の効果を得
ること、極めて多様なバインダー系、その反応性成分、
その他の添加剤との相溶性、開始剤が添加された系での
暗所での保存性、ならびに未反応開始剤の残留物および
開始剤の分解産物によって生じる黄変などの、硬化最終
産物の質的劣化に対する対応性である。
【0006】後者の問題は、既知の光重合開始剤を不飽
和基で置換することにより避けられる。これが、光重合
開始剤または光分解産物が共重合で生じた光硬化最終産
物へ取込まれて移行抵抗性となって現れる。例えば、ド
イツ特許第35  34  645号には、ヒドロキシ
アルキルフェノン型の共重合性光重合開始剤、およびそ
れらの使用法が記載されている。この改良の効果、すな
わち、硬化系に共重合された割合は、抽出実験によって
測定することができる。
【0007】しかし、不飽和基で修飾したこれらヒドロ
キシアルキルフェノン型光重合開始剤は、あらゆる光硬
化バインダー系で従来のものと同様に使用可能であるこ
とが示されなかった。このヒドロキシアルキルフェノン
型の光重合開始剤は、一般に、スチレン系に溶解した不
飽和ポリエステル樹脂を基材としたバインダー系にはあ
まり適していない。適切な硬化が、通常の加工条件下で
それらを用いても達せられないからである。これは、例
えば塗布の厚さが100ないし500μm である相対
的に厚い塗布にこれらの系が使われるとき、特に当ては
まる。実際、家具を製造する際の木材表面への塗布では
、これが当てはまる。ドイツ特許第3534  645
号の共重合性光重合開始剤でさえも、この目的を達する
ことはできない。樹脂系に適した光重合開始剤は、ベイ
ゾインエーテルおよびベンジルケタール型の開始剤であ
って、ベンジルジメチルケタールは、この目的に最も適
した開始剤である。しかし、この型の開始剤は、系への
共重合体成分とはならない。これは、樹脂から高い割合
で抽出されることから明らかである。不飽和光重合開始
剤である、α−アリルベンゾインおよびα−アリルベン
ゾインアリルエーテルは同様に、不飽和ポリエステル樹
脂系での硬化に悪影響を与えるだけであって、それらの
樹脂からの抽出量は相当大きい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
の目的は、不飽和ポリエステル樹脂系に適し、ベンジル
ジメチルケタールに対応する硬化作用を可能な限り有す
る共重合性光重合開始剤であって、移行抵抗性をもって
系に共重合し得る開始剤を見いだすことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】思いがけずも、下記式(
I)
【0010】
【化4】 [式中、ArおよびAr’はそれぞれ、炭素数12以下
のアリール基であって、C1−6 −アルキルまたは−
アルコキシ基で任意に一置換または多置換され得る基、
Xは、直接結合、[(CH2 )m −O]n 、
【0
011】
【化5】 R1 は、
【0012】
【化6】 (ここで、R2 およびR3 は、H、C1−6 −ア
ルキル、Cl、CNまたはCOOR4 基(R4 はH
もしくはC1−6 −アルキル))であって、nおよび
mは、1ないし6である]で示される化合物が顕著な上
記の要求を満たすことを見いだした。
【0013】この発明は、式(I)の化合物に関する。
【0014】さらにこの発明は、エチレン性不飽和化合
物を含むバインダー系の光硬化用の光重合開始剤として
式(I)の化合物の使用法に関する。
【0015】さらにこの発明は、スチレンに溶解し、式
(I)で示される少なくとも1種類の化合物の有効量を
含む不飽和ポリエステル樹脂を基材とした光硬化性バイ
ンダー系に関する。
【0016】最後に、この発明は、支持体上に光硬化塗
膜を塗布する方法に関するが、この支持体には、光重合
開始剤として式(I)で示される少なくとも1種類の化
合物を含み、硬化は、波長250ないし450nmの紫
外光での照射によって行われる。  式(I)で示され
る化合物は新規である。これらは、ケタールアルコール
基がエチレン性不飽和基を含むようなベンジルケタール
型の化合物である。式(I)において、ArおよびAr
’はそれぞれ、炭素数1ないし6のアルキルまたはアル
コキシ基で任意に一置換または多置換され得る、炭素数
12以下のアリール基である。ArおよびAr’は、そ
れぞれフェニル基であることが好ましい。Xは、直接結
合、炭素数1ないし6のアルキレンオキシ基またはこの
型の基が2ないし6個で出来たポリアルキレンオキシ基
であり得る。さらに、Xは、2−ヒドロキシプロピレン
オキシ、またはアルキレン基が1ないし6の炭素数を含
み得るようなN−アルキレンピペラジノ基であってもよ
い。 R1 はそれぞれ、アクリルまたはアリル基であっても
よいが、これらの基はそれぞれ、C1−6 −アルキル
、塩素、シアノ、ヒドロキシカルボニルまたはC1−6
 −アルコキシカルボニル基で置換されてもよい。
【0017】この発明の典型的な化合物として以下の例
が挙げられる。 ベンジルジ(2−アクリロイルオキシエチル)ケタール
(Ia) ベンジルジ(2−メタクリロイルオキシエチル)ケター
ル(Ib) ベンジルジ(2−ヒドロキシ−3−アリロキシプロピル
)ケタール(Ic) ベンジルジ[2−N−(N’−アクリロイル)ピペラジ
ノエチル]ケタール(Id) ベンジルジ[2−N−(N’−メタクリロイル)ピペラ
ジノエチル]ケタール(Ie) 化合物Ieが特に好ましい。
【0018】式(I)の化合物は、例えば、ケタール化
、エーテル化、エステル化またはアミド化反応といった
従来の反応によって調整されるが、このときの出発物質
は特にベンジルである。
【0019】したがって、化合物Ieは例えば、ベンジ
ルを、塩化チオニルの存在下でクロロエタノールと、続
いてピペラジンと、最後にトリエチルアミンの存在下で
塩化メタクリロイルと反応させることによって得られる
【0020】ここでの反応条件は、通常のものであって
、有機合成化学の一般的な文献、例えば、ホウベン−ウ
ェイル、「有機化学の方法(Methodender 
Organischen Chemie )」、ジョー
ジ−ティーメフェルラッグ、ストゥッツガルト、または
「有機合成(ORGANIC SYNTHESIS )
」、ジェイ・ウエレイ、ニューヨーク、ロンドン、シド
ニーに記載されている。
【0021】この発明の式(I)で示される化合物は、
エチレン性不飽和化合物の光重合用の光重合開始剤とし
て、またはこれらの化合物を含むバインダー系として極
めて好都合に使用することができる。これらの化合物は
主に、既知の光重合開始剤と同様に、紫外線硬化バイン
ダーもしくは混合バインダー系を基材とした、塗料ポリ
マー塗装および印刷インキ用紫外線硬化剤として使用さ
れる。なお、それらのバインダーは、懸濁液の状態をと
ることもある。これらの化合物は、従来の方法で使用さ
れ、通常では0.1ないし20重量%、好ましくは1な
いし10重量%の量でバインダー系に添加される。一般
に、添加は撹拌しながら行われ、必要に応じて、少量の
相溶性溶媒が加えられる。式(I)の化合物は、実質的
にすべての従来の光硬化系との溶解性もしくは均一な混
和性という観点、およびそれらが添加された系の保存期
間という観点で、極めて好ましい性質を示す。
【0022】「光重合バインダー系」とは一般に、遊離
基、必要に応じて別の従来の添加剤によって光重合し得
る、少なくとも1種類のエチレン性不飽和化合物を含む
混合物をいう。遊離基によって重合し得る適切な成分は
、オレフィン系不飽和2重結合を含む実質的にすべての
物質である。これらは、特に、アクリレートまたはビニ
ル型の不飽和基を少なくとも1つ、好ましくは複数含む
モノマー、オリゴマーおよびポリマーであってもよい。 広範な対応する物質は、当該分野の技術者には既知であ
る。こういった化合物の例として、特に、(メタ)アク
リル酸(それらの塩およびアミドを含む)、(メタ)ア
クリロニトリル、アルキル(メタ)アクリレート、ヒド
ロキシエチル(メタ)アクリレート、ビニル(メタ)ア
クリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、1,6
−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチ
ロールプロパンジ(メタ)アクリレートおよびペンタエ
スリトールトリ(メタ)アクリレートといった、脂肪族
および芳香族モノまたはポリヒドロキシ化合物のアクリ
レート;ならびに塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレ
ン、ジビニルベンゼン、N−ビニルピロリドンおよびN
−ビニルカルバゾールといったビニル化合物が挙げられ
る。相対的に高分子量で重合度の高いバインダー化合物
の例として、アクリル化ポリエステル、アクリレート、
エポキシ、ウレタン、ポリアミドおよびシリコン樹脂が
挙げられる。光硬化バインダー系の大部分は、上に記し
た多数の低分子量および相対的に高分子量の不飽和成分
の混合物である。
【0023】混合バインダー系は、例えば、遊離基によ
ってではなく、重縮合または重付加などの熱架橋可能な
成分をさらに含む。これらの例として、酸硬化メラミン
樹脂、およびポリウレタンまたはポリエステル形成反応
樹脂が挙げられる。
【0024】光硬化バインダー系は、懸濁液の状態をと
ることもあり、その含有水分は一般に、塗布が完了した
とき短時間の加熱によって除去される。
【0025】この発明の式(I)で示される化合物は、
ベンジルケタールまたはベンゾインエーテル型の光重合
開始剤が以前に好適と認められた系での光重合開始剤と
して、特に都合よく使用される。これは、スチレンに溶
解した不飽和ポリエステル樹脂を基材とした系で特に当
てはまる。この型の多様な樹脂系は、一般にオレフィン
系不飽和ポリエステル樹脂を含むものであるが、工業製
品として市販されている。
【0026】この発明の光重合開始剤の不飽和特性によ
って、光重合開始剤または光分解産物の高度の共有結合
が得られる。比較によれば、硬化した塗膜から抽出可能
な含有量は、至適硬化条件下でこの発明の光重合開始剤
では25%未満であるが、ベンジルジメチルケタール、
その他の従来型開始剤では抽出可能な含有量は2ないし
3倍高い。
【0027】特別の利点は、この発明の式(I)の光重
合開始剤の反応性が極めて高いことであって、これは、
もとの光重合開始剤の反応性に匹敵するか、それ以上に
高い。これは、例えば、100nmを越える厚さの塗膜
に用いられる場合、および顔料系に用いられる場合に特
に当てはまる。したがって、より大きな塗膜硬度は、同
一または関連の基本構造をもつ既知の光重合開始剤を使
用するよりも式(I)の化合物を当量使用して、比較可
能な硬化条件下で得られる。所定の塗膜硬度のためには
、低い照射量または短い照射時間が必要である。
【0028】この発明の式(I)の化合物を用いること
によって、系の成分との共重合による極めて良好な硬化
性能および移行抵抗性共有結合的取込みを兼ね備えた最
適の光重合開始剤が、特に不飽和ポリエステル樹脂への
使用に初めて提供された。
【0029】光重合開始剤として式(I)の化合物を用
いて硬化可能なバインダー系は、その質的および量的範
囲を広げることができるとともに、特に他の種類の成分
および添加剤を含むことも可能である。反応性成分の比
率は、10重量%以上とすることが好ましい。特定の目
的に適切で一般的な量の他の成分および添加剤としては
、無機および有機顔料、染料、充填剤、均染剤、界面活
性剤、光安定剤および抗酸化剤、チキソトロープ剤、艶
消剤、可塑剤、溶媒、分散助剤、多種のバインダーおよ
び樹脂、その他の光重合開始剤、既知のスペクトル増感
剤および共開始剤、多種の熱または光反応性遊離基開始
剤、ならびにカチオンまたは酸形成触媒を挙げることが
できる。
【0030】この発明の上記のバインダー系は、特に紫
外領域の放射エネルギーを照射することによって、式(
I)の化合物を用いて硬化させることができる。主に、
混合バインダー系では、熱エネルギーの同時または連続
的供給によって硬化を促進することが好ましい場合があ
る。
【0031】光重合は、波長250〜450nm、特に
は300〜400nmの光の放射または紫外線照射によ
って、それ自体既知の方法で行われる。使用可能な照射
源は、従来型の、高圧、中圧または低圧水銀ランプ、な
らびにキセノンおよびタングステンランプである。
【0032】この発明の式(I)の光重合開始剤を用い
た光重合は、バッチ法または連続法によって行うことが
できる。照射時間は、光重合が行われる方法、使用され
る光重合物質の型および量、使用される光重合開始剤の
型および濃度、ならびに光源の強度に応じて異なる。塗
膜の光硬化では、数秒ないし数分の範囲が一般的である
【0033】この発明の式(I)の化合物は、この目的
にふさわしいどのような物質または支持体上にも、例え
ばペイント塗膜といった薄い塗料の紫外線硬化において
光重合開始剤として使用することができる。これらは、
主に紙、木材、織物支持材料、プラスチック、ガラス、
セラミクスおよび金属であり得る。また、重要な応用領
域は、印刷インキおよびスクリーン印刷材の乾燥または
硬化である。後者のスクリーン印刷材は、例えば、カン
、チューブおよび金属密封キャップの表面塗布または図
案に好適に使用できる。不飽和ポリエステル樹脂系は、
例えば家具製品における木材表面の塗布に使用すること
が好ましい。
【0034】特にこの発明の光重合開始剤が厚い塗膜に
おいて使用される場合、簡便性および優れた利用性、特
に不飽和ポリエステル樹脂系での高い反応性によって、
この光重合開始剤は実用面で特別の価値を見いだす。
【0035】
【実施例】実施例1 (ベンジルジ[2−N−(N’−メタクリロイル)ピペ
ラジノエチル]ケタール (Ie) (a)ベンジルジ(2−クロロエチル)ケタールベンジ
ル21g (0.1mol )および塩化チオニル23
.8g(0.2mol )の懸濁物を、−5ないし−1
0℃に冷却し、これに2−クロロエタノール35.5g
 (0.44mol )を2時間かけて滴下した。この
反応混合物を約−5℃でさらに3時間放置して、20℃
で10時間、続いて50℃でさらに30分撹拌した。こ
の混合物を真空蒸発させ、残渣を炭酸カリウム3g お
よびトリメチルホスフィット0.6mlで処理し、短時
間撹拌してから、イソプロパノール40mlに溶かした
。少量の水を添加すると、結晶状の沈殿が得られ、これ
を吸引濾過して、水で洗い、イソプロパノールから再結
晶化した。 収量:無色の結晶20.6g 融点:58〜59℃ 赤外スペクトル(KBr ): ν=1695cm−1(CO) 1082〜1026cm−1(ケタールCO)(b)ベ
ンジルジ(2−N−ピペラジノエチル)ケタール ピペラジン47.05g (0.546mol )を窒
素下で(a)で得られた化合物19.4g (54.6
1mmol)に添加し、混合物を2時間120℃に保っ
た。冷却後、粗産物をクロロホルムに溶解し、有機相を
水で中性になるまで洗い、蒸発乾燥させて、高真空中で
蒸留した。収量:だいだい色の油分21.5g(c)ベ
ンゼン20mlに溶けた塩化メタクリロイル14.4g
 (0.16mol )を、無水ベンゼン100mlに
溶けた(b)の化合物24g (53mmol)および
トリメチルアミン32.35g (0.32mol )
に5℃で滴下し、この混合物を25℃で40時間連続的
に撹拌した。沈殿した塩酸塩を吸引濾過し、濾液を真空
蒸発した。残渣をCHCl3 に溶解して、水で洗い、
真空で蒸発乾燥させた。産物をカラムクロマトグラフィ
ーで精製した。 収量:Ieとして15g (暗赤色の油分)1H−NM
Rスペクトル(CDCl3 ):7.6〜7.1ppm
 (m)芳香族性(10H)5.0〜4.9ppm (
m)オレフィン系(4H)3.7〜3.3ppm (s
)O−CH2 (4H)2.7〜2.2ppm (m)
N−CH2 (20H)1.9〜1.8ppm (s)
脂肪族性(6H)赤外スペクトル(NaCl):ν=1
695cm−1(CO) 元素分析(%)理論値        実測値C=68
.43        C=68.23H=  7.4
3        H=  7.54N=10.70 
       N=11.00O=13.40    
    O=13.19実施例2:比較実験 スチレンに溶け、厚い塗装に応用される、不飽和ポリエ
ステル樹脂を基材としたバインダー系の紫外線硬化にお
ける開始剤の光反応性を測定した(その際のスケールは
、硬化塗膜の振子型硬度であった)。
【0036】さらに、硬化塗膜からのこれら開始剤の抽
出度を測定した。実験条件 バインダー: スチレンに溶解した不飽和ポリエステル樹脂(バイエル
社のRoskydal300)100重量部およびスチ
レン8重量部 反応開始: 開始剤0.01mol 塗布した塗料の厚さ: フィルムアプリケーターを使ってガラスに塗布した場合
、500μm 乾燥時間: 90秒 紫外線硬化: 実験室ドライヤー:ベルトロン社のBE22型ランプの
電力:それぞれ80W/cmの紫外線ランプ2個硬化速
度:2.5m /分 照射距離:12cm 振子型硬度: ドイツ工業規格53  157に従って測定紫外線硬化
塗料の抽出 紫外線硬化塗料0.20g を微粉砕して40mlのバ
イアルに移し、続いてこれに1本当たり20mlのアセ
トニトリルを加えた。その後の抽出は、超音波浴中で2
時間行った。15時間後、上清の液体を濾別して、分析
した。 分析:抽出した開始剤部分を高速液体クロマトグラフィ
ー(紫外線検出)で定量した。分析結果:結果を以降の
表1に示した。この発明の開始剤は、抽出度が最低であ
って、硬化性能が最高であった。
【0037】
【表1】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  下記式(I) 【化1】 [式中、ArおよびAr’はそれぞれ、炭素数12以下
    のアリール基であって、C1−6 −アルキルまたは−
    アルコキシ基で任意に一置換または多置換され得る基、
    Xは、直接結合、[(CH2 )m −0]n 、【化
    2】 R1 は、 【化3】 (ここで、R2 およびR3 は、H、C1−6 アル
    キル、C1、CNまたはCOOR4 基(R4 はHも
    しくはC1−6 −アルキル))であって、nおよびm
    は、1ないし6である]で示される化合物。
  2. 【請求項2】  エチレン性不飽和化合物を含むバイン
    ダー系の光硬化用の光重合開始剤として式(I)の化合
    物を使用する方法。
  3. 【請求項3】  スチレンに溶解する不飽和ポリエステ
    ル樹脂を基材とした光硬化バインダー系であって、該バ
    インダー系が光重合開始剤として少なくとも1種類の式
    (I)の化合物を有効量含む光硬化バインダー系。
  4. 【請求項4】  バインダー系が式(I)の化合物を0
    .1ないし20重量%、好ましくは1ないし10重量%
    含む請求項3記載の光硬化バインダー系。
  5. 【請求項5】  支持体に光硬化塗膜を塗布する方法で
    あって、該支持体が請求項3または4に記載のバインダ
    ー系で塗布され、その際の硬化が波長域250ないし4
    50nmの紫外光の照射によって行われる塗布方法。
JP3128199A 1990-05-07 1991-05-02 共重合性ベンジルケタール光重合開始剤 Pending JPH04305574A (ja)

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