KR102575896B1 - 실리콘-상용성 화합물 - Google Patents

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Abstract

하기 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물, 이들 화합물의 제조 방법, 및 광개시제로서의 이들의 용도.
Figure 112018066561557-pct00045

여기서, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 동일하거나 상이하고, SIL1-X, 수소, C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐 C1-C3 알킬, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되고; X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬이고; SIL1은 화학식: (R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c를 갖고, 여기서, R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 페닐, 및 페닐 C1-C3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; a는 양수이고, b는 0 또는 양수이고, c는 0 또는 양수이고, b/a는 0 내지 100이고, c/a는 0 내지 10이고, 여기서 R1, R2, R3, R4, 및 R5 중 적어도 하나는 SIL1-X이고; R6은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐, 페닐 C1-C3 알킬, 트리메틸페놀, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

Description

실리콘-상용성 화합물
본 발명은, 실리콘에 화학적으로 결합된 α-히드록시-알킬페논 모이어티를 기재로 하는 신규한 실리콘-상용성 화합물, 간단한 반응식에 의한 그의 제조, 및 광개시제로서의 그의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 화합물은, 광학적으로 투명한 디스플레이 응용물에서의 커버 층에 의해 흡수되지 않는 보다 긴 자외선 광 범위 (UVV) (즉, 약 390 나노미터 이상의 파장)에서 광을 흡수한다. 본 발명의 화합물은 또한 투명하고 실리콘 중에서 고도로 가용성이다. 따라서, 본 발명의 화합물은 불포화 자유-라디칼 경화성 관능기를 갖는 실리콘을 포함하는 조성물의 광경화를 개시하기에 특히 유용하다. 본 발명의 화합물은, 그의 현저한 안정성으로 인해, 헤이징(hazing) 또는 황변을 일으키지 않고, 예를 들어 광학적으로 투명한 실리콘 실란트 및 코팅 및 광학적으로 투명한 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다.
라디칼 반응의 경향이 있는 관능기를 포함하는 단량체 또는 올리고머의 광유도된 광중합은 중합체의 제조에서 폭넓게 사용되는 기술이다. 반응을 개시하기 위해, 통상적으로 단량체 또는 올리고머에 광개시제를 첨가하고, 이어서 혼합물을 전자기 방사선에 노출시킨다. 불포화 유기 수지 중에서 용이하게 가용성이고 이들을 효과적으로 경화시키는 많은 광개시제가 이용가능하다. 그러나, 이들 광개시제 중 다수는 실리콘 중에서 불량한 용해도를 갖고, 따라서 만족스럽지 않은 경화 유효성을 갖는다. 이러한 광개시제는 저장 동안 실리콘 매트릭스로부터 분리되어, 생성된 임의의 경화 생성물에서 심각한 헤이즈(haze)를 일으킨다. 이는, 생성물이 광학적으로 투명한 디스플레이 응용물에 사용되도록 의도되는 경우, 허용가능하지 않다. 실리콘 중 용해도 및 그에 따른 실리콘과의 상용성을 증가시키기 위해, 광개시제를 오르가노폴리실록산 또는 실란과 화학적으로 결합시키는 것이 제안되었다.
미국 특허 번호 4,273,907은, 오르가노폴리실록산 분자의 규소 원자에 화학적으로 결합된 적어도 하나의 벤조인 기를 포함하는 신규한 부류의 오르가노폴리실록산 화합물을 개시한다. 이러한 화합물은, 적합한 반응 촉진제 또는 축합 촉매의 존재 하에, 규소-결합된 할로겐 원자, 수소 원자, 히드록실 기 또는 알콕시 기를 갖는 상응하는 오르가노폴리실록산과 벤조인 화합물 사이의 탈할로겐화수소화, 탈수소화, 탈수 또는 탈알콜화 축합 반응에 의해 제조될 수 있다. 이들은 실리콘 조성물 중에서 가용성이고, 광경화성 오르가노폴리실록산 조성물에서 감광제로서 유용하다. 그러나, 화합물은 충분한 안정성을 나타내지 않고, 보다 장기간에 걸쳐 열 및/또는 UV 방사선에 노출시 황변을 일으키는 경향이 있다. 따라서, 이들은 고성능 투명 코팅, 캡슐화제 또는 실란트에 사용되기에 적합하지 않다.
미국 특허 번호 4,391,963은 또한, 적어도 하나의 화학적으로 결합된 벤조인 기를 갖는 오르가노폴리실록산 화합물인 신규한 감광제를 개시한다. 그러나, 여기서, 화합물은 알케닐-치환된 벤조인 및 적어도 하나의 규소-결합된 수소 원자를 함유하는 규소 화합물의 히드로실릴화에 의해 제조된다. 따라서, 오르가노폴리실록산 모이어티 및 벤조인 기는 2가 탄화수소 기를 통해 결합된다. 이는 가수분해에 대한 증가된 안정성을 제공하지만, 알케닐-치환된 벤조인이 용이하게 이용가능하지 않으면서 별도의 반응 단계에서 합성되어야 하기 때문에 비교적 정교한 제조 공정을 필요로 한다.
미국 특허 번호 4,536,265는 또한, 오르가노폴리실록산 광개시제를 개시한다. 분자 당 적어도 하나의 실록산 단위는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소 기를 통해 실록산 단위의 규소 원자에 결합된 아세토페논 포토모이어티를 포함한다. 이러한 결합 기는 가수분해에 대하여 높은 안정성을 나타낸다. 그러나, 알케닐-치환된 아세토페논은 용이하게 이용가능하지 않으면서 별도의 반응 단계에서 합성되어야 하고, 이는 오르가노폴리실록산 광개시제를 제조하는 전체적 공정을 복잡하게 만든다. 또한, 아세토페논 모이어티는 보다 장기간에 걸쳐 열 및/또는 UV 방사선에 노출시 황변을 일으키는 경향이 있다.
미국 특허 번호 5,776,658은, 광개시제 또는 감광제 활성 중 하나 이상을 갖고 방향족 핵 상에 위치한 적어도 하나의 카르보닐 기를 갖는 화합물의 화학적으로 결합된 라디칼을 갖는 실란 또는 오르가노폴리실록산 잔기를 포함하는 실리콘-상용성 광개시제를 기재한다. 또한, 실란 또는 오르가노폴리실록산 잔기 및 포토모이어티의 결합은 2가 탄화수소 기를 통해 달성된다. 이러한 2가 탄화수소 기는, 포토모이어티의 카르보닐 기에 대해 오르토에 위치하는 방향족 탄소 원자에 부착된다. 광개시제는 가수분해에 대하여 우수한 안정성을 나타낸다. 실시예는, 1-포트(one-pot) 반응을 통한 광개시제의 제조를 개시한다. 그러나, 생성된 생성물 혼합물은 농축되고 크로마토그래피에 의해 후처리(working up)되어야 한다. 따라서, 전체적 공정이 복잡하고 시간-소모적이다. 또한, 광개시제의 수율이 다소 낮으며, 예를 들어 실시예 5에서 단지 17%이다.
EP 1072326 A2는, 배합물의 표면 상에 농축된 실록산-함유 표면-활성 광개시제를 제공한다. 이들 광개시제는, 에틸렌계 화합물을 함유하는 배합물로부터 내스크래치성 코팅을 제조하는 방법에 사용된다. 포토모이어티는 브릿징 단위 (Y)를 통해 실록산 잔기의 규소 원자에 연결된 방향족 고리를 포함한다. 이들 광개시제의 표면-활성 특성으로 인해, 이들은 배합물 전반에 걸쳐 균질하게 분포되지 않을 것이고, 따라서 고성능 투명 코팅, 캡슐화제 또는 실란트에 적합하지 않다.
미국 특허 출원 공개 번호 2015/0266907은, 간단한 1-단계 반응을 통해 용이하게 이용가능한 출발 물질로부터 제조되는 실리콘-상용성 광개시제를 제공한다. 이들 광개시제는 광경화성 실리콘 중에서 고도로 가용성이고, 임의의 경화 생성물의 황변을 피하도록 열 응력, UV 방사선 및 가수분해에 대하여 안정적이다. 그러나, 이들 광개시제는 보다 짧은 자외선 광 범위 (즉, 390 나노미터 미만의 파장)에서 광을 흡수한다. 광학적으로 투명한 디스플레이의 커버 층은, 이들 보다 짧은 파장이 커버 층 사이에 위치하는 광경화성 실리콘으로 투과하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 이들 광개시제는, 광학적으로 투명한 디스플레이 응용물에 사용시 광경화성 실리콘의 경화를 촉진시키기에 덜 효과적일 수 있다.
투명하고 광경화성 실리콘 중에서 고도로 가용성이며, 경화 생성물의 헤이징 및 황변을 피하도록 열 응력, UV 방사선 및 가수분해에 대하여 안정적이며, 약 390 나노미터 이상의 자외선 파장이 광경화성 실리콘의 경화를 개시하기에 효과적인 화합물을 제조하고 사용하는 것이 유리할 것이다.
본 발명은, 간단한 반응식을 통해 용이하게 이용가능한 출발 물질로부터 접근가능한, 실리콘-상용성 광개시제로서 작용할 수 있는 신규한 화합물을 제공한다. 이들은 투명하고 광경화성 실리콘 중에서 고도로 가용성이며, 이러한 광개시제를 포함하는 임의의 경화 생성물의 헤이징 및 황변을 피하도록 열 응력, UV 방사선 및 가수분해에 대하여 안정적이다. 또한, 본 발명의 화합물은 실리콘 측쇄의 포함으로 인해, 경화 동안 소분자 부산물을 생성시키지 않는다. 따라서, 본 발명의 화합물은 경화 생성물의 헤이징 및 황변에 기여하지 않는다. 이러한 화합물은, 예를 들어, 광학적으로 투명한 디스플레이의 제조에서 광개시제로서 특히 유용하다.
광학적으로 투명한 디스플레이의 커버 층은 종종 자외선 광의 보다 짧은 파장 (즉, 390 나노미터 미만의 파장)을 흡수한다. 그러나, 본 발명의 신규한 실리콘-상용성 화합물은 자외선 광의 보다 긴 파장 (UVV) (즉, 약 390 나노미터 이상의 파장)을 흡수한다. 따라서, 이러한 추가의 특성은, 본 발명의 화합물을 광학적으로 투명한 디스플레이의 제조에서 광개시제로서 특히 유용하게 만든다.
본 발명자들은, 페닐 기에서 실리콘 측쇄에 결합된 α-히드록시-알킬페논 포토모이어티를 기재로 하는 특정한 화합물이 요망되는 특성을 제공함을 발견하였다.
본 발명의 하나의 측면에서는, 하기 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물이 제공된다.
Figure 112018066561557-pct00001
여기서,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 동일하거나 상이하고, SIL1-X, 수소, C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐 C1-C3 알킬, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬이고;
SIL1은 화학식: (R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c를 갖고,
여기서,
R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 페닐, 및 페닐 C1-C3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
a는 양수이고,
b는 0 또는 양수이고,
c는 0 또는 양수이고,
b/a는 0 내지 100이고,
c/a는 0 내지 10이고,
여기서 R1, R2, R3, R4, 및 R5 중 적어도 하나는 SIL1-X이고;
R6은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐, 페닐 C1-C3 알킬, 트리메틸페놀, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 하기 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물을 합성하는 방법이며,
여기서,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 동일하거나 상이하고, SIL1-X, 수소, C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐 C1-C3 알킬, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬이고;
SIL1은 화학식: (R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c를 갖고,
여기서,
R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 및 페닐 C1-C3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
a는 양수이고,
b는 0 또는 양수이고,
c는 0 또는 양수이고,
b/a는 0 내지 100이고,
c/a는 0 내지 10이고,
여기서 R1, R2, R3, R4, 및 R5 중 적어도 하나는 SIL1-X이고;
R6은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐, 페닐 C1-C3 알킬, 트리메틸페놀, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인,
1) 화학식 A의 화합물을 활성화시켜 화학식 B의 화합물을 생성시키는 단계,
Figure 112018066561557-pct00003
(여기서, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 상기와 같지만, 어떠한 것도 SIL1-X일 수는 없음)
Figure 112018066561557-pct00004
2) 화학식 B의 화합물을 친핵성 아세테이트 치환 반응에 적용하여 화학식 C의 화합물을 생성시키는 단계,
Figure 112018066561557-pct00005
3) 화학식 C의 화합물을 가수분해 반응에 적용하여 화학식 D의 화합물을 생성시키는 단계, 및
Figure 112018066561557-pct00006
4) 화학식 D의 화합물을 화학식 SIL1-X-Cl 또는 SIL1-X-H를 갖는 화합물과의 축합 반응에 적용하여 화학식 I의 화합물을 생성시키는 단계
를 포함하는, 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물을 합성하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가의 측면에서는,
a) 약 70 내지 약 99.9 중량 퍼센트의 광경화성 실리콘; 및
b) 약 0.1 내지 약 10.0 중량 퍼센트의 하기 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물
을 포함하는 조성물이며,
Figure 112018066561557-pct00007
여기서,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 동일하거나 상이하고, SIL1-X, 수소, C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐 C1-C3 알킬, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬이고;
SIL1은 화학식: (R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c를 갖고,
여기서,
R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 페닐, 및 페닐 C1-C3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
a는 양수이고,
b는 0 또는 양수이고,
c는 0 또는 양수이고,
b/a는 0 내지 100이고,
c/a는 0 내지 10이고,
여기서 R1, R2, R3, R4, 및 R5 중 적어도 하나는 SIL1-X이고;
R6은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐, 페닐 C1-C3 알킬, 트리메틸페놀, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인
조성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는,
A) i) 약 70 내지 약 99.9 중량 퍼센트의 광경화성 실리콘; 및
ii) 약 0.1 내지 약 10.0 중량 퍼센트의 하기 화학식 I에 의해 나타내어진 화합물
을 포함하는 광경화성 실리콘 조성물을 제공하는 단계이며,
Figure 112018066561557-pct00008
여기서,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 동일하거나 상이하고, SIL1-X, 수소, C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐 C1-C3 알킬, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬이고;
SIL1은 화학식: (R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c를 갖고,
여기서,
R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 페닐, 및 페닐 C1-C3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
a는 양수이고,
b는 0 또는 양수이고,
c는 0 또는 양수이고,
b/a는 0 내지 100이고,
c/a는 0 내지 10이고,
여기서 R1, R2, R3, R4, 및 R5 중 적어도 하나는 SIL1-X이고;
R6은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 페닐, 페닐 C1-C3 알킬, 트리메틸페놀, 및 플루오린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계; 및
B) 광경화성 실리콘 조성물을 자외 방사선 또는 가시 광에 노출시켜 광경화성 실리콘 조성물의 광경화를 개시하여 실리콘 중합체 생성물을 생성시키는 단계
를 포함하는, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 화합물은 광개시제로서 사용될 수 있고, 광경화성 실리콘을 기재로 하는 조성물에 사용되는 경우에 특히 효과적이다.
본 발명의 화합물에서 SIL1-X 기는 하기 화학식에 의해 나타내어진다.
R7 SiO3/2)a(R7 2 SiO2/2)b(R7 3 SiO1/2)c
여기서, R7은 C1-C20 알킬, C2-C8 알케닐, C5-C8 시클로알킬, 알콕실, 페닐, 또는 페닐 C1-C3 알킬 기이다. 또한, a는 양수이고, b는 0 또는 양수이고, c는 0 또는 양수이고, b/a는 0 내지 100이고, c/a는 0 내지 10이다. X는 임의적이고, 존재하는 경우 C1-C12 알킬 기이다.
바람직하게는, X는 존재하지 않고, R7은 메틸 기 또는 메톡시 기이고, a는 1이고, b는 0이고, c는 2 또는 3이다.
본 발명의 화합물은 R1 내지 R5에 각각 하나씩 최대 5개의 SIL1-X 기를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 화합물은 R1, R2, 또는 R3 중 하나 이상에서 1, 2, 또는 3개의 SIL1-X 기를 함유한다. 하나의 실시양태에서, 본 발명의 화합물은 R3에서 단일 SIL1-X 기를 함유한다. 바람직하게는, SIL1-X 기로 점유되지 않는 경우, R1 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이다.
본 발명에 따른 화합물은, R3이 SIL1-X이고, SIL1-X가
Figure 112018066561557-pct00009
이고, R1 및 R5가 메틸 기이고, R2 및 R4가 수소인 경우에 유리한 특성을 나타낸다.
R6은 C1-C20 알킬 기, C2-C8 알케닐 기, C5-C8 시클로알킬 기, 페닐 기, 페닐 C1-C3 알킬 기, 트리메틸페놀 기, 또는 플루오린이다. 바람직하게는, R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 또는 트리메틸페놀 기이다.
본 발명에 따른 화합물은, R3이 SIL1-X이고, SIL1-X가
Figure 112018066561557-pct00010
이고, R1 및 R5가 메틸 기이고, R2 및 R4가 수소이고, R6이 페닐 기, CH3CH2O-, 또는 트리메틸페놀 기인 경우에 특히 유리한 특성을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 화합물은 하기 중 하나이다.
Figure 112018066561557-pct00011
이들 화합물은 단독으로 또는 조합되어 본 발명의 조성물 및 방법에 사용될 수 있다.
본 발명의 화합물은, 생성될 수 있는 가능한 실리콘-상용성 광개시제에서의 다양성을 가능하게 하도록 맞춤화가능한 4-단계 공정을 통해 합성될 수 있다. 4개의 합성 단계는 일반적으로 하기와 같이 기재될 수 있다:
단계 1) 친전자성 할로겐화를 통한 페닐 기에 대한 브로민의 첨가에 의해 α-히드록시-알킬페논 출발 물질의 페닐 기를 활성화시키는 단계;
단계 2) 이어서, 친핵성 아세테이트 치환 반응에 의해 브로민을 아세테이트로 치환하는 단계;
단계 3) 이어서, 가수분해 반응을 통해 아세테이트를 히드록시 기로 가수분해시키는 단계; 및
단계 4) 이어서, 축합 반응을 통해 실리콘 측쇄를 α-히드록시-알킬페논의 페닐 기에 부착시켜 본 발명의 화합물을 생성시키는 단계.
본 발명의 화합물의 합성에 대한 반응식은 일반적으로 하기와 같이 나타내어질 수 있다:
Figure 112018066561557-pct00012
본 발명의 화합물의 합성에 대한 바람직한 일반적 파라미터는 표 1에 제시되어 있다.
표 1
Figure 112018066561557-pct00013
바람직하게는, 본 발명의 화합물의 합성에 대한 출발 물질은 α-히드록시-알킬페논이고, 그의 예는 화학식 A의 화합물에 의해 나타내어질 수 있다.
Figure 112018066561557-pct00014
여기서, R1, R2, R3, R4, 및 R5 본 발명의 화합물 (상기에 기재된 바와 같음)에서와 동일하지만, 어떠한 것도 SIL1-X일 수는 없고, R6은 본 발명의 화합물에서와 동일하다.
바람직하게는, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 독립적으로 수소 또는 메틸 기이다. 바람직한 출발 물질에서, R1, R3, 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이다. 바람직하게는, 출발 물질에서 R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 또는 트리메틸페놀 기이다.
바람직한 출발 물질은 하기 화합물을 포함한다.
Figure 112018066561557-pct00015
본 발명의 추가의 측면은 광개시제로서의 이들 화합물의 용도이다. 본 발명의 특정한 측면은, 본 발명에 따른 화합물을 광경화성 실리콘, 예컨대 광중합성 오르가노폴리실록산 또는 실리콘 수지와 혼합하는 단계, 및 생성된 혼합물을 전자기 방사선에 노출시키는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 화합물을 광개시제로서 사용하는 방법이다.
광경화성 실리콘에 대해 특별한 제한은 없지만, 단독으로 또는 주로 (메트)아크릴옥시실록산, 예를 들어 (메트)아크릴 말단캡핑된 실라놀 종결 폴리디메틸실록산을 기재로 하는 조성물에, 본 발명에 따른 화합물을 첨가하는 것이 바람직한데, 이는 이러한 혼합물을 광경화시키면 약 2 미만, 바람직하게는 약 1 미만의 헤이즈 정도, 약 2 미만, 바람직하게는 약 1 미만의 황변 정도를 갖고 매우 우수한 열, 가수분해 및 UV 안정성을 나타내는 생성물이 생성되기 때문이다. 바람직하게는, 광경화성 실리콘은 오르가노폴리실록산 또는 실리콘 수지, (메트)아크릴 말단캡핑된 실리콘, (메트)아크릴옥시실록산, 또는 (메트)아크릴 말단캡핑된 실라놀 종결 폴리디메틸실록산이다.
유용한 전자기 방사선은, 라디칼 형성을 유발하고, 따라서 광경화성 실리콘의 자유-라디칼 광중합을 개시하는 임의의 방사선이다. 이러한 전자기 방사선의 일례는 UVV 방사선 (약 390 나노미터 이상의 파장의 자외선 광)이다.
본 발명의 추가의 측면은, a) 적어도 하나의 광경화성 실리콘 및 b) 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 조성물이다. 바람직하게는, 광경화성 실리콘은 오르가노폴리실록산 또는 실리콘 수지, (메트)아크릴 말단캡핑된 실리콘, (메트)아크릴옥시실록산, 또는 (메트)아크릴 말단캡핑된 실라놀 종결 폴리디메틸실록산이다. 바람직한 광경화성 실리콘은 자외선 경화성 오르가노실리콘 및 자외선 및 수분 이중 경화 실리콘을 포함한다.
이러한 조성물 중 본 발명에 따른 화합물의 양은 폭넓은 한계 내에서 달라질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 본 발명에 따른 화합물 또는 본 발명에 따른 여러 화합물의 혼합물을, 조성물의 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함한다. 나머지는 일반적으로 단독으로 또는 주로 광경화성 실리콘으로 이루어진다.
본 발명의 또한 또 다른 측면은, a) 적어도 하나의 광경화성 실리콘 및 b) 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 조성물을 전자기 방사선에 노출시켜 광경화를 개시하여 실리콘 중합체 생성물을 생성시키는 것에 의해, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법이다. 바람직하게는, 전자기 방사선은 UVV 방사선 (약 390 나노미터 이상의 파장의 자외선 광), 보다 바람직하게는 약 405 나노미터의 파장의 자외 방사선이다.
바람직한 실시양태에서, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법은, 광경화 개시 전에, 광경화성 실리콘 조성물을 광학적으로 투명한 조성물의 적어도 1개의 층과 접촉하도록 배치하는 추가의 단계를 포함한다. 따라서, 광경화성 실리콘 조성물의 경화시, 실리콘 중합체 생성물이 광학적으로 투명한 디스플레이에 사용하기에 적합하다. 바람직하게는, 본 발명의 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법은, 광경화 개시 전에, 광경화성 실리콘 조성물을 광학적으로 투명한 조성물의 2개의 층 사이에 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법에 사용하기 위한 광학적으로 투명한 조성물은 약 95% 초과, 바람직하게는 약 98% 초과, 훨씬 더 바람직하게는 약 99% 초과의 가시 광 투과율을 제공하는 임의의 물질을 포함한다. 바람직하게는, 광학적으로 투명한 조성물은 유리이다.
바람직하게는, 본 발명의 중합체 생성물은 탁월한 투명성을 나타내고, 장기간의 노화(aging)에 직면하여도 이러한 투명성을 유지한다. 바람직하게는, 본 발명의 실리콘 중합체 생성물은, QUV 시험 기계에서 500시간 동안 노화시 또는 85℃ 및 85% 상대 습도에서 오븐 내에서 500시간 동안 노화시, 광학적으로 투명한 조성물의 층 사이의 750 마이크로미터의 갭에서, 약 2 이하, 보다 바람직하게는 약 1 이하의 헤이즈 값, 및 약 2 이하, 보다 바람직하게는 약 1 이하의 황색도 값을 갖는다. 바람직하게는, 본 발명의 실리콘 중합체 생성물은 약 95% 초과, 바람직하게는 약 98% 초과, 훨씬 더 바람직하게는 약 99% 초과의 가시 광 투과율을 제공한다.
하기에, 일련의 실시예를 사용하여 본 발명의 특정한 측면을 설명하지만, 본 발명은 어떠한 방식으로든 하기에 제공된 실시예로 제한되지는 않는다.
실시예
합성예 1
단계 1:
Figure 112018066561557-pct00016
다로큐어(Darocur) TPO (17.5 g, 50.3 mmol), N-브로모숙신이미드 (12.5 g, 70.4 mmol), AIBN (201 mg), 및 테트라클로로메탄 (100 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 5시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 반응 혼합물을 냉각 후 여과하였다. 여액을 증발시켜 조 생성물을 수득하였다.
단계 2:
Figure 112018066561557-pct00017
단계 1의 조 생성물 (추가 정제 없이), 아세트산은 (10.07 g, 60.35 mmol), 및 150 ml 빙초산의 혼합물을 500 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 100℃에서 3시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 혼합물을 여과하고, 여액에 500 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (50 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 50 ml의 물로 세척하고, 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 감압 하에 제거하였다. 조 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (헥산 중 50% EtOAc)로 정제하여 7.4 g의 중간체 화합물 (단계 1 및 2를 합하여 36% 수율)을 생성시켰다.
단계 3:
Figure 112018066561557-pct00018
정제된 단계 2의 중간체 (7.4 g, 18.2 mmol), THF (44 ml), HCl (10.5 ml), 및 물 (52 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 밤새 아르곤 하에 환류시켰다. THF를 감압 하에 제거하고, 15 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (30 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 10 ml의 물로 세척하였다. 이어서, 유기 층을 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 상기 조 생성물 (9.1 g, 황색 고체)을 다음 단계에서 추가 정제 없이 사용하였다.
단계 4:
Figure 112018066561557-pct00019
CH2Cl2 (100 ml) 중의 단계 3의 조 생성물 (9 g, 24.7 mmol), 이미다졸 (3.36 g, 49.4 mmol), 및 DMAP (40 mg)의 용액을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, ClSi(CH3SiO)3 (9.82 g, 29.63 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 밤새 아르곤 하에 교반하였다. 물 첨가에 의해 반응을 켄칭시켰다. 수성 상을 CH2Cl2 (20 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 상을 물 및 염수로 세척하였다. 유기 상을 무수 Mg2SO4로 건조시켰다. 감압 하에 용매 제거 후, 잔류물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제하여 10.98 g의 본 발명의 화합물 (67% 수율, 밝은 황색 고체)을 생성시켰다.
합성예 2
단계 1:
Figure 112018066561557-pct00020
화합물 A2 (상기) (12.65 g, 40.0 mmol), N-브로모숙신이미드 (8.54 g, 48.0 mmol), AIBN (160.0 mg), 및 테트라클로로메탄 (80 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 5시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 반응 혼합물을 냉각 후 여과하였다. 여액을 증발시켜 조 생성물을 수득하였다.
단계 2:
Figure 112018066561557-pct00021
단계 1의 조 생성물 (추가 정제 없이), 아세트산은 (8.01 g, 48.0 mmol), 및 100 ml 빙초산의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 120℃에서 3시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 혼합물을 여과하고, 여액에 500 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (50 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 50 ml의 물로 세척하고, 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 감압 하에 제거하였다. 조 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (헥산 중 50% EtOAc)에 의해 정제하여 6.18 g의 중간체 화합물 (단계 1 및 2를 합하여 41% 수율)을 생성시켰다.
단계 3:
Figure 112018066561557-pct00022
정제된 단계 2의 중간체 (6.18 g, 16.5 mmol), THF (40 ml), HCl (9.5 ml), 및 물 (47 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 밤새 아르곤 하에 환류시켰다. THF를 감압 하에 제거하고, 15 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (30 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 10 ml의 물로 세척하였다. 이어서, 유기 층을 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 상기 조 생성물 (4.8 g, 황색 액체)을 다음 단계에서 추가 정제 없이 사용하였다.
단계 4:
Figure 112018066561557-pct00023
CH2Cl2 (60 ml) 중의 단계 3의 조 생성물, 이미다졸 (2.24 g 33.5 mmol), DMAP (25 mg)의 용액을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, ClSi(CH3SiO)3 (8.2 g, 27.4 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 밤새 아르곤 하에 교반하였다. 물 첨가에 의해 반응을 켄칭시켰다. 수성 상을 CH2Cl2 (20 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 상을 물 및 염수로 세척하였다. 유기 상을 무수 Mg2SO4로 건조시켰다. 감압 하에 용매 제거 후, 잔류물을 칼럼 크로마토그래피 (헥산 중 20% EtOAc)로 정제하여 4.76 g의 본 발명의 화합물 (45% 수율, 밝은 황색 액체)을 생성시켰다.
합성예 3
단계 1:
Figure 112018066561557-pct00024
화합물 A2 (상기) (12.65 g, 40.0 mmol), N-브로모숙신이미드 (8.54 g, 48.0 mmol), AIBN (160.0 mg), 및 테트라클로로메탄 (80 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 5시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 반응 혼합물을 냉각 후 여과하였다. 여액을 증발시켜 조 생성물을 수득하였다.
단계 2:
Figure 112018066561557-pct00025
단계 1의 조 생성물 (추가 정제 없이), 아세트산은 (8.01 g, 48.0 mmol), 및 100 ml 빙초산의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 120℃에서 3시간 동안 아르곤 하에 환류시켰다. 혼합물을 여과하고, 여액에 500 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (50 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 50 ml의 물로 세척하고, 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 감압 하에 제거하였다. 조 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (헥산 중 50% EtOAc)에 의해 정제하여 6.18 g의 중간체 화합물 (단계 1 및 2를 합하여 41% 수율)을 생성시켰다.
단계 3:
Figure 112018066561557-pct00026
정제된 단계 2의 중간체 (6.18 g, 16.5 mmol), THF (40 ml), HCl (9.5 ml), 및 물 (47 ml)의 혼합물을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, 80℃에서 밤새 아르곤 하에 환류시켰다. THF를 감압 하에 제거하고, 15 ml의 물을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 CH2Cl2 (30 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 층을 10 ml의 물로 세척하였다. 이어서, 유기 층을 무수 Na2SO4 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 상기 조 생성물 (4.8 g, 황색 액체)을 다음 단계에서 추가 정제 없이 사용하였다.
단계 4:
Figure 112018066561557-pct00027
톨루엔 (40 ml) 중의 단계 3의 조 생성물 (3.0 g, 9.0 mmol), 이미다졸 (1.36 g, 20.0 mmol), 및 DMAP (20 mg)의 용액을 250 ml 3구 플라스크 내에 충전시키고, (CH3SiO)2SiCH3H (18.0 mmol)를 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 밤새 아르곤 하에 교반하였다. 물 (30 ml) 첨가에 의해 반응을 켄칭시켰다. 수성 상을 CH2Cl2 (30 ml)로 3회 추출하였다. 합한 유기 상을 물 및 염수로 세척하였다. 유기 상을 무수 Mg2SO4로 건조시켰다. 감압 하에 용매 제거 후, 잔류물을 칼럼 크로마토그래피 (PE:EA = 5:1)로 정제하여 3.55 g의 본 발명의 화합물 (71% 수율, 밝은 황색 액체)을 생성시켰다.
실시예 4
광개시제의 평가
상기 실시예 2 및 3의 화합물 및 비교용 광개시제 다로큐어 TPO 및 SPI-7을, 적용가능한 경화 개시 광원, UV 저항성, 황변 방지, 헤이즈 방지 특성에 대해 평가하였다. 다로큐어 TPO는 경화를 위해 UVV 방사선과 함께 사용되는 것으로 공지된 광개시제이다. SPI-7은 실리콘 치환된 UVA 광개시제이다. 각각의 화합물의 구조를 하기에 나타내었다.
실시예 2의 화합물:
Figure 112018066561557-pct00028
실시예 3의 화합물:
Figure 112018066561557-pct00029
다로큐어 TPO:
Figure 112018066561557-pct00030
SPI-7:
Figure 112018066561557-pct00031
사용된 기재는 아크릴레이트 실리콘 매트릭스 (15MDMA:60DMA = 6.4)였다. 광개시제를 각각 별도로 기재와 혼합하였다. 이어서, 이들 혼합물을 750 마이크로미터 떨어져 있는 유리의 2개의 층 사이에 배치하고, 자외선 광에 노출시켰다. 경화의 개시를, 경화를 유발하기 위해 중압 수은 아크 (MPMA) 시스템 UV 챔버를 30초 동안 75 mW/cm2로 2회 사용하여 UV 방사선으로 평가하였다. 별도로, 경화 개시를 또한, 405 나노미터 LED 광원을 사용하여 평가하였다.
경화 후, 샘플을 QUV 시험 기계에서 500시간 동안 노화시켰다. 노화 후, ASTM D1003 표준 시험 방법에 따라, 데이터컬러 코포레이션(Datacolor Corporation)으로부터 입수가능한 데이터컬러(Datacolor) 650 장치를 사용하여 각각의 샘플의 헤이징 및 황변을 측정하였다.
경화를 개시할 수 있는 광원(들) 및 헤이징 및 황변에 대한 결과는 표 2에 보고되어 있다.
표 2
Figure 112018066561557-pct00032
헤이징 및 황변 값은 750 마이크로미터의 갭에서 측정하였다. 약 2 이하의 헤이징 및 황변 값은 허용가능한 것으로 고려되었고, 약 1 이하의 값은 탁월한 것으로 고려되었다.
표 2에 보고된 결과에 기초하면, 본 발명의 화합물만이 허용가능한 헤이징 및 황변 값을 생성시켰고, 405 nm 자외선 광을 사용하여 경화를 개시할 수 있었다. 실시예 2의 화합물은 헤이징 및 황변 둘 다에 있어서 탁월한 값을 나타내었다. 실리콘 측쇄가 없는 다로큐어 TPO는 노화시 허용불가능한 헤이징을 유발하였고, SPI-7의 경우에는 405 nm 자외선 광을 사용하여 경화가 개시될 수 없었다.

Claims (29)

  1. 화학식 I의 화합물.
    Figure 112023089866118-pct00033

    여기서,
    R1 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이고;
    R3은 SIL1-X이고, SIL1-X는

    로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 및 트리메틸페놀 기로 이루어진 군으로부터 선택된다.

  2. 로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물.
  3. 화학식 I의 화합물을 합성하는 방법이며,
    Figure 112023089866118-pct00036

    여기서,
    R1 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이고;
    R3은 SIL1-X이고, SIL1-X는

    로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 및 트리메틸페놀 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인,
    1) 화학식 A의 화합물을 활성화시켜 화학식 B의 화합물을 생성시키는 단계,
    Figure 112023089866118-pct00037

    (여기서, R1, R2, R4, 및 R5는 상기와 같고, R3은 메틸 기임)
    Figure 112023089866118-pct00038

    2) 화학식 B의 화합물을 친핵성 아세테이트 치환 반응에 적용하여 화학식 C의 화합물을 생성시키는 단계,
    Figure 112023089866118-pct00039

    3) 화학식 C의 화합물을 가수분해 반응에 적용하여 화학식 D의 화합물을 생성시키는 단계, 및
    Figure 112023089866118-pct00040

    4) 화학식 D의 화합물을 화학식 SIL1-X-Cl 또는 SIL1-X-H를 갖는 화합물과의 축합 반응에 적용하여 화학식 I의 화합물을 생성시키는 단계
    를 포함하는, 화학식 I의 화합물을 합성하는 방법.
  4. a) 70 내지 99.9 중량 퍼센트의 광경화성 실리콘; 및
    b) 0.1 내지 10.0 중량 퍼센트의 화학식 I의 화합물
    을 포함하는 조성물이며,
    Figure 112023089866118-pct00041

    여기서,
    R1 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이고;
    R3은 SIL1-X이고, SIL1-X는

    로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 및 트리메틸페놀 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인
    조성물.
  5. a) 70 내지 99.9 중량 퍼센트의 광경화성 실리콘; 및
    b) 0.1 내지 10.0 중량 퍼센트의

    로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물
    을 포함하는 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 광경화성 실리콘이 UV 경화성 오르가노실리콘 또는 UV 및 수분 이중 경화 실리콘인 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 광경화성 실리콘이 (메트)아크릴 말단캡핑된 실리콘인 조성물.
  8. 제4항에 있어서, 광경화성 실리콘이 (메트)아크릴 말단캡핑된 실라놀 종결 폴리디메틸실록산인 조성물.
  9. A) i) 70 내지 99.9 중량 퍼센트의 광경화성 실리콘; 및
    ii) 0.1 내지 10.0 중량 퍼센트의 화학식 I의 화합물
    을 포함하는 광경화성 실리콘 조성물을 제공하는 단계이며,
    Figure 112023089866118-pct00044

    여기서,
    R1 및 R5는 메틸 기이고, R2 및 R4는 수소이고;
    R3은 SIL1-X이고, SIL1-X는

    로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    R6은 페닐 기, CH3CH2O-, 및 트리메틸페놀 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계; 및
    B) 광경화성 실리콘 조성물을 자외 방사선 또는 가시 광에 노출시켜 광경화성 실리콘 조성물의 광경화를 개시하여 실리콘 중합체 생성물을 생성시키는 단계
    를 포함하는, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 광경화성 실리콘이 UV 경화성 오르가노실리콘 또는 UV 및 수분 이중 경화 실리콘인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 광경화성 실리콘이 (메트)아크릴 말단캡핑된 실리콘인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 광경화성 실리콘이 (메트)아크릴 말단캡핑된 실라놀 종결 폴리디메틸실록산인 방법.
  13. 제9항에 있어서, 자외 방사선이 390 나노미터 이상의 파장을 갖는 것인 방법.
  14. 제9항에 있어서, 자외 방사선이 405 나노미터의 파장을 갖는 것인 방법.
  15. 제9항에 있어서, 광경화 개시 전에, 광경화성 실리콘 조성물을 광학적으로 투명한 조성물의 적어도 1개의 층과 접촉하도록 배치하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 광경화성 실리콘 조성물의 경화시, 실리콘 중합체 생성물이 광학적으로 투명한 디스플레이에 사용하기에 적합한 것인, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 광학적으로 투명한 조성물이 유리인, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 광경화 개시 전에, 광경화성 실리콘 조성물을 광학적으로 투명한 조성물의 2개의 층 사이에 배치하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 광경화성 실리콘 조성물의 경화시, 실리콘 중합체 생성물이 광학적으로 투명한 디스플레이에 사용하기에 적합한 것인, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 광학적으로 투명한 조성물이 유리인, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 실리콘 중합체 생성물이, QUV 시험 기계에서 500시간 동안 노화시 또는 85℃ 및 85% 상대 습도에서 오븐 내에서 500시간 동안 노화시, 광학적으로 투명한 조성물의 2개의 층 사이의 750 마이크로미터의 갭에서, 1 이하의 헤이즈 값 및 1 이하의 황색도 값을 갖는 것인, 실리콘 중합체 생성물을 제조하는 방법.
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